울산과기원, 초박막 열전소재 제작법 개발
울산과기원, 초박막 열전소재 제작법 개발
  • 조강희 기자
  • 승인 2019.03.04 10:42
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용액공정으로 간단하고 효율 높여
용액공정으로 얇게 만든 열전소재 주석-셀레니드의 모습
용액공정으로 얇게 만든 열전소재 주석-셀레니드의 모습

[한국에너지신문] 울산과학기술원이 열을 전기로 바꾸는 열전 기술을 향상시킬 초박막 소재를 개발했다.

손재성 울산과기원 신소재공학부 교수팀은 신호선 한국표준과학연구원 박사팀과 공동으로 ‘주석-셀레늄(SnSe) 화합물’의 결정 구조를 나란히 정렬해 고효율 초박막 열전소재를 만드는 데 성공했다.

이번에 개발한 공정은 재료를 용액에 녹여 열전 잉크로 합성한 뒤 가열한다. 제작 과정이 간단하고 비용도 적게 드는 장점이 있다. 성능도 기존 괴(塊) 형태의 소재를 능가해 다양한 분야로 응용할 수 있다.

주석-셀레늄 화합물(셀레니드)은 결정 구조를 제어하기 어려운 한계가 있어 열전 효율을 높이는 소재로써 활용이 어려웠다. 하지만 이 물질을 특정 방향으로 성장시키는 공정을 개발했다.

연구진은 주석-디셀레니드(SnSe₂) 박막을 먼저 만들고, 이를 열처리해 주석-셀레니드 박막을 만들었다. 주석-디셀레니드는 특정 방향으로 잘 성장한다. 이를 가열하면 셀레늄 원자가 증발해 주석-셀레니드가 되고 결정 구조도 안정화돼 열전 효율이 커진다.

연구진은 이같은 방식으로 제작된 주석-셀레니드 박막이 기존 연구에 비해 전기적 특성이 10배 이상 우수하다고 밝혔다.

손재성 교수는 “원재료에 상당한 고온 고압을 가하는 기존 방법은 생산비가 비쌀 뿐 아니라 원하는 방향으로 결정을 성장시키기 어려워 성능 확보가 어려웠다”며 “이번 기술은 간편하고 효율적이며 소재의 결정 방향까지 제어할 수 있어 앞으로 폭넓게 응용될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 20일 온라인판에 발표됐다.


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