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첨단기술정보

나노열공학을 이용한 열전재료 성능향상

전문가 제언: 열전변환은 열을 전기로 직접 변환하는 것으로 구동부와 화학반응이 필요하지 않고, 유지보수(maintnance)의 필요가 없어 폐열회수기술로서 기대된다. 또한 크기조정이 가능해서 소형화에 적합하며 유비쿼터스의 환경발전모듈에 응용도 추진되고 있다. 그러나 변화효율은 재료만으로 평가해도 일반적으로 아직 낮고 사회에 영향을 주는 기술로 성장하기 위해서는 재료의 성능향상이 크게 필요하다.

열전재료의 변환효율은 성능지수 Z와 온도 T로 무 차원 성능지수 ZT = S2σ/(κe + κph)에 의해 결정된다. S, σ, κe, κph는 각각 제베크(seebeck)계수, 전기전도율, 전자열전도율, 격자(포논)열전도율 이다. 따라서 변환효율을 향상하기 위해서 사용 환경의 온도에서 S와 σ이 크고 κe와 κph이 작은 재료가 필요하다. 물성은 전자구조와 원자구조에 밀접하게 관련되며 변환효율을 독립적으로 제어하기가 쉽지 않은 것이 큰 문제이다. 그러나 나노 구조를 이용해서 열전도율을 독립적으로 저감하는 방법이 근년 큰 성과를 얻고 있다.