메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

손쉽게 얇게...온도차로 전기 만드는 ‘열전소재’ 신공정 나와

통합검색

손쉽게 얇게...온도차로 전기 만드는 ‘열전소재’ 신공정 나와

2019.02.20 19:00
용액공정으로 얇게 만든 열전소재(주석-셀레나이드)를 연구원들이 들고 있다. -사진 제공 UNIST
용액공정으로 얇게 만든 열전소재(주석-셀레나이드)를 연구원들이 들고 있다. -사진 제공 UNIST

따뜻한 차가 담긴 잔이나 체온 등 일상 생활 속 열을 전기로 바꾸는 기술을 ‘열전기술’이라고 한다. 얇고 잘 구부러지면서 전기 생산 효율도 높은 열전 소재를 국내 연구팀이 새롭게 개발했다.
허승회, 조승기 UNIST 신소재공학부 연구원과 손재성 교수, 신호선 한국표준과학연구원 연구원팀은 주석과 셀레늄을 재료로 덩어리 형태의 기존 열전소재와 비슷한 효율을 보이면서도 얇아 구부릴 수 있는 초박막 열전소재를 만들어 네이처 커뮤니케이션스 20일자에 발표됐다. 


열전소재는 소재 양쪽 면에 나타나는 온도 차이를 이용해 전기를 만드는 물질이다. 단순히 물질 자체이 열 차이만으로 전기를 만들므로 구조가 간단하며 재료의 특성에 전기 발생 효율이 좌우되는 특성이 있다. 주석-셀레나이드(SnSe)는 이런 특성이 우수해 강력한 열전소재 후보로 꼽혔지만, 제작이 까다롭다는 단점이 있었다.


연구팀은 주석-셀레나이드가 마치 종이를 켜켜이 쌓은 것 같은 특이한 층상 결정구조를 갖는 데에 주목했다. 이 결정 구조가 실제 책처럼 나란히 정렬됐을 때 전기를 만드는 효율이 올라간다. 허 연구원은 “종이가 구겨지면 책을 깨끗이 인쇄할 수 없듯, 결정이 정렬되지 않으면 효율이 떨어진다”고 비유했다.


연구팀은 결정 구조를 책의 종이처럼 가지런하게 정렬하기 위해 두 단계의 새로운 공정을 개발했다. 먼저 재료는 같지만 투입되는 재료의 양이 다른 일종의 형제 물질을 만들었다. 셀레늄이 한 개가 아닌 두 개 결합한 ‘주석-다이셀레나이드(SnSe2)’ 박막이다. 주석-셀레나이드 분말을 용매에 녹인 뒤 얇은 막으로 ‘인쇄’하고 300도로 가열해 만든다. 이 물질은 주석-셀레나이드보다 한 방향으로 잘 성장하는 특성이 있다. 이후 이 재료를 다시400도로  가열해 최종 목표인 ‘주석-셀레나이드’로 만들었다. 조 연구원은 “가열하면 셀레늄 원자가 증발하며 주석-셀레나이드가 되는데, 앞서 형성된 주석-다이셀레나이드 결정이 이정표가 돼 최종 재료의 결정 구조도 가지런해진다”고 말했다.


이렇게 완성된 주석-셀레나이드 박막은 고온 고압을 가해 가공하는 기존 공정으로 만든 실제로 이용 가능한 전기를 생산하는 효율이 10배 뛰어나, 박막이 아닌 덩어리 상태의 소재와 비슷했다. 무엇보다, 제작 방법이 간단해 공정 효율성이 높았다. 또 잉크 형태의 공정으로 다른 곳에 인쇄 방식으로 응용할 수 있어 열전 페인트나 열전 3D 프린팅에도 응용할 수 있다.


손 교수는 “간편하고 효율적이면서 주석-셀레나이드의 결정 방향까지 제어할 수 있어 향후 폭넓게 응용될 것”이라고 말했다.
 

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

17 + 10 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기

    관련 태그 뉴스