국내 연구진이 ‘100나노미터 두께 이하의 금속 및 반도체 등 나노소재의 열전에너지 변환효율을 측정할 수 있는 기술’을 개발하였다.

한국표준과학연구원(KRISS) 송재용 박사의 이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 나노·소재기술개발사업으로 수행되었고, 그 결과는 나노기술 전문 학술지인 나노스케일 5월호에 논문이 게재되었다. (논문명: Twin-driven thermoelectric figure-of-merit enhancement of Bi2Te3 nanowires)

열전에너지 변환을 이용한 발전기 및 냉장고 제품의 상용화를 위해서는 에너지 변환효율의 정밀측정이 필수적이다. 현재, 수 밀리미터 이상의 크기에 대한 열전에너지 변환효율 측정기술은 널리 보급되었지만, 나노미터 크기 소재의 경우 일부 선진국에서만 측정기술을 보유하고 있었다.

송재용 박사팀은 나노종합기술원의 나노미터급 반도체 공정기술을 활용하여 나노선, 나노판 등 100 나노미터이하 두께 소재에 열전에너지 변환효율을 측정할 수 있는 자체 마이크로 디바이스를 제작하여 나노소재의 열전에너지 변환효율을 측정하는데 성공했다.

열전에너지 변환효율을 구하기 위해서는 소재의 제벡계수, 전기전도도, 열전도도를 모두 측정해야 하는데 지금까지 나노소재의 경우, 작은 크기로 인해 국내 기술로는 위 세 가지 물성을 동시에 측정할 수 없었다.

순수 국내 기술로 개발한 이번 측정 기술은 나노미터 두께의 모든 나노소재의 열전에너지 변환효율 측정에 범용적으로 적용될 수 있게 개발된 기술이다.

연구팀은 진공 속에서 100 나노미터 두께 이하 금속 또는 반도체의 열전도도를 0.5 W/m·K(와트퍼미터켈빈)까지 측정하는데 성공했으며 이는 선진국인 미국과 유럽의 수준 (0.3~0.5 W/m·K)과 대등한 측정 능력이다.

KRISS 송재용 박사는 “나노미터 두께 소재의 열전에너지 변환효율 측정기술은 선진국에서는 이미 개발되었지만 국내에는 보급되어 있지 못한 실정”이라며 “이번 연구로 개발된 기술이 향후 국내 연구진에 보급될 경우, 인체 열에너지를 이용한 웨어러블 디바이스, 모바일 디바이스의 보조 에너지원 등에 쓰이는 열전 발전기 개발에 필수적인 변환효율 측정을 위한 기반 기술로서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.