SINCE1927 미래가치를 창출하는 글로컬 산학일체 혁신대학
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□ 우리 대학 신소재공학과 오민욱 교수 연구팀은 회오리 형태로 회전하는 구조를 가지는 텔루륨 결정을 이용해 기존 기록보다 약 30%가량 성능이 높은 고효율 열전소재를 개발했다고 19일 밝혔다.
○ 열전소재란 차량이나 선박, 공장 등에서 버려지는 열을 회수해 전기 에너지로 변환할 수 있는 물질로 친환경적으로 전력을 생산할 수 있는 차세대 에너지 변환 기술로서 주목받고 있다.
○ 하지만 열전소재의 효율은 다른 에너지 변환 소재들보다 낮기 때문에 타 소재 대비 경쟁력을 높이기 위한 성능 향상이 필수적이나, 이는 마치 전기가 잘 흐르는 스티로폼을 개발하는 것만큼이나 어렵기 때문에 열전소재의 성능은 오랜 연구에도 불구하고 쉽게 개선되지 않았다.
□ 오 교수 연구팀은 열전소재의 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘회전’의 개념을 열전소재 설계에 최초로 도입했으며, 텔루륨은 결정 성장 시 불순물 함유량에 따라 특정 방향으로 회전하며 정렬하는 성질이 있고, 이 회전축이 전기를 흐르게 하는 통로로 작용함과 동시에 열전달을 막는데 효과적인 구조라는 것을 최초로 발견했다.
○ 회오리가 회전하는 모습과도 유사한 텔루륨의 미세구조를 실험적으로 관찰하기 위해 연구팀은 2차원 검출기가 설치된 4축 X선 회절 분석기와 주사형 투과전자현미경 및 원형편광이색성 분광기 등 최신 소재 분석 장비를 활용했다.
○ 또한, 회전축과 수직인 방향으로 성능을 측정하면 효율이 대폭 감소하는 것으로 보아 텔루륨 결정에서 회전하는 미세구조가 열전 성능 향상에 중요한 요소임을 확인했다.
○ 연구를 주도한 우리 대학 오민욱 교수는 “현재까지 열전소재 개발은 열 전도도 저감 시에 전기적 물성의 저하도 일어나는 트레이드 오프(Trade-off)의 딜레마를 피할 수 없었는데, 이번 연구결과는 미세구조 제어를 통해 이러한 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공했다는 것에 그 의미가 있다”고 말했다.
□ 한편, 우리 대학 신소재공학과 애비 스탠리 박사과정과 KAIST 신소재공학과 장한휘 박사과정이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부의 미래소재 디스커버리 사업 지원을 받았으며, 에너지 분야 최상위급 국제학술지 ‘Energy & Environmental Science’(인용지수: 39.714) 후면 표지 논문으로 지난 18일자 게재됐다.(논문명: Twisted grain boundary leads to high thermoelectric performance in tellurium crystals)
