차세대 신재생에너지 분야로 각광 받고 있는 열전소자 상용화에 걸림돌이던 독립적인 전기와 열 전달 제어 방법이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다.

교육과학기술부(장관 이주호)는 연세대 신소재공학과 이우영 교수(사진) 연구팀이 그동안 이론적으로만 예측된 코어쉘 나노선 표면구조에 전기와 열 전달을 독립적으로 제어할 수 있는 압축 응력법을 이용한 나노선 성장기술(OFF-ON법)을 자체 개발하고, 이를 실험적으로 증명하는데 성공했다고 지난 9일 밝혔다.

미래 에너지 변환시스템으로 각광받고 있는 열전소자는 온도차에 의해 전기가 생산되는 시스템으로, 온도차를 유지하기 위해 전기는 잘 흐르게 하면서 열은 흐르지 않게 하는 것이 이 기술의 핵심이다.

일반적으로 전기와 열 중 한 가지만 독립적으로 조절하기 쉽지 않아, 열전소자의 소형화, 정밀한 온도 제어, 저소음, 저진동 및 뛰어난 환경 친화성 등 많은 장점에도 불구하고, 현재까지 응용에 한계가 있었다.

이우영 교수팀은 이번 연구를 통해 코어쉘 나노선에 전기 전달은 그대로 유지하면서 열 전달을 기존에 비해 25배 이상 감소시켜 새로운 열전소자의 가능성을 제시하게 된 것이다. 향후 이를 극대화 하면 아주 작은 열로도 전기를 만들 수 있어 손에 쥐고만 있어도 휴대폰 등 모바일 기기를 충전할 수 있는 가능성이 있다.

이우영 교수는 “이번 연구를 통해 나노 단위의 물질에서 열전도도를 효과적으로 감소시키는 새로운 구조를 제시했다”며 “특히 열전소자 분야뿐만 아니라 열 제어를 필요로 하는 광전소자 및 다양한 물리·화학 나노소자 분야에도 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다

한편 이번 연구결과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF=10.857)’지 30호(8월9일자)에 표지논문으로 게재됐다.

▲ ▲열전현상(Thermoelectrics)의 다양한 응용. ▲열전현상(Thermoelectrics)의 다양한 응용