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나노응용공학과 이규형 교수가 삼성전자 종합기술원, 성균관대학교와 공동으로 세계 최고 성능의 상온 열전(熱電, thermoelectrics) 소재를 개발하는데 성공했다. ‘열전’이란 열 에너지와 전기 에너지를 상호 변환할 수 있는 기술로, 체온을 모바일 기기의 전원으로 활용하거나, 폐열을 자동차의 연비를 높이는데 활용하는 등 폭넓은 응용이 기대되는 분야로, 특히 제조 방식이 간단하고 대량생산도 가능해 차세대 친환경․재생에너지 기술 혁신을 이끌 분야로 각광받고 있다. 열전 기술의 상용화를 위해서는 소재의 열과 전기 간 변환 성능을 나타내는 zT(열전 성능지수) 값을 높이는 것이 가장 중요하고 이를 대용량 소재에 쉽게 적용할 수 있어야 하는데, 연구진은 이번 연구를 통해 기존 1.2 수준에 머물러 있던 zT값을 2.0까지 획기적으로 끌어 올렸다. 연구진이 새로 개발한 ‘비스머스 안티모니 텔루라이드(Bi0.5Sb1.5Te3)’는 열전 성능으로는 세계 최고수준인데다, 제조법도 간단해 대량생산이 가능한 장점을 지니고 있다. 연구진은 이번 소재 개발을 위해 고밀도의 전위배열3)을 입계면4)에 형성시키는 방법인 ‘금속공학적 액상 소결법5)’을 사용해 열전도도를 물리적 한계수준까지 낮출 수 있었고, 열전도도의 감소는 열과 전기 간 변환성능을 획기적으로 높여 상온영역에서 zT 2.0이 넘는 세계 최고 수준의 결과를 얻었다. 반면, 기존의 열전소재는 고파장과 저파장 영역의 포논6)을 산란시키는 것에만 집중한 것으로 열전도도를 낮추는데 한계가 있어, 와인셀러나 정수기 등 소형 냉각기에 제한적으로 응용되고 있었다. 이러한 연구결과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발간하는 세계 최고권위의 전문과학저널 ‘사이언스(Science, IF 31.48)’에 4월 3일 게재됐다. ※ 논문명: Dense dislocation arrays embedded in grain boundaries for high-performance bulk thermoelectrics (결정립 내 고밀도 전위 배열을 포함한 고효율 벌크 열전 소재) 이 교수는 “이번 연구결과는 새로운 소재 설계 개념 정립 및 공정기술 개발을 통하여 세계 최고 효율의 상온 열전 소재를 구현한 데 의의가 있다”며 “열전 디바이스의 효율을 획기적으로 높여 현재 소형 및 특수 냉각에 제한된 응용분야를 크게 확대할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 한편, 우리대학은 오는 4월 3일(금) 오전 11시에 교무회의실에서 스타논문상 시상식을 개최하고, 연구 인센티브 5천만 원을 지급할 예정이다. ‘스타 논문상’은 지난 2009년부터 발전적 연구역량 강화 분위기 조성을 위해 세계 3대 과학학술지 ▲Nature ▲Science ▲Cell에 논문을 게재한 연구자들을 격려하기 위해 마련된 제도다. 이번 게재로 우리대학은 2012년 수의학과 이근식 교수, 2013년 약학과 고현정 교수, 2014년 지질․지구물리학부 우경식 교수에 이어 4년 연속 3대 학술지 게재 교수를 배출하는 쾌거를 이뤘다.
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