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고온 열전소재로서 티탄이아-반금속 복합체

전문가 제언: ○ 열에너지의 전기에너지로 전환은 Seebeck 효과에 기초되며, 다른 온도에서 서로 다른 소재들 간 두 접합이 주어지면, 두 소재들 간의 온도 차이와 Seebeck 계수의 차이 양자에 비례하는 전위가 발생된다. 소재의 열전력이라고도 하는 Seebeck 계수는 소재를 가로질러 온도 차이에 응하여 유도된 열전전압의 크기측정에 해당된다.

○ 두 가지 n-형과 p-형 전도체들은 소자 내부에 두 가지 n-형 다리와 p-형 다리를 생성하도록 사용된다. 반도체에서 운반체들의 평형농도는 온도의 함수이므로 만약 온도구배가 n-형 다리와 p-형 다리를 가진 소자에 가로질러 놓이면, 양다리에서 운반체 농도들은 달라지며 그들의 이동은 전류를 발생한다.

○ 다상 열전소재는 티탄이아-기초 반도성상과 반금속 전도성상을 포함하며 성분상들이 균일하게 분포되고 약 10∼800㎚ 범위인 미소결정 크기를 갖는 나노-복합체 소재이다. 티탄이아-기초 반도체성상은 반금속 전도성 상에 의해 부분적으로 환원된 산화티탄의 아-화학량론-적상들의 혼합물이 된다.

○ 열전효과는 열에너지를 전기에너지로 전환하며 열전발전기와 같은 열전기소자는 온도의 구배로부터 전기에너지를 생성하기 위하여 사용된다. 나노-복합소재인 다상 열전소재들은 고성능지수, 고열충격내성, 열과 화학적 안정성, 비교적 낮은 가격 등 때문에 화학반응기, 소각공장, 철과 강철용융로, 자동차 배출열 등을 포함하는 산업폐기열을 전기에너지로 효율적으로 전환하는 열전발전기를 작동하는 데 사용된다.

○ 한국에서는 고온 열전소재에 관한 연구개발과 발명특허는 아직 시도된 바 없다. 최근 청정에너지와 녹색산업을 주창하고 있는 국가로서 고온 효과적 작동이 가능한 고 성능지수를 갖는 환경-친화적인 고온 열전소재의 연구개발의 필요성이 강조된다. 이 다상 나노-복합체 열전소재를 응용 발전시켜 더욱 저렴하고 초고성능의 열전소재와 소자를 개발 제작하여 폐기열에너지로부터 유용한 전력에너지로 전환하여 친환경과 녹색산업에 큰 기여가 있기를 전망한다.

저자: CORNING INCORPORATED
자료유형: 특허정보