[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구단 김성근, 김진상 박사 연구팀이 최신 반도체 공정을 접목, 주변의 열을 직접 전기 에너지로 변환하거나, 전기를 가해 온도를 변화시킬 수 있는 열전 소재의 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

주변의 열을 직접 전기 에너지로 변환하거나, 전기를 가해 온도를 변화시킬 수 있는 ‘열전 재료’는 최근 폐열 수거 및 지속 가능한 발전 에너지로 주목을 받고 있다. 특히 부가적인 장치 없이 직접 전기를 생산 할 수 있어, 신뢰성 있는 전력원으로 사용될 수 있다. 냉온 정수기, 와인 냉장고 등에 쓰이며 최근 웨어러블 기기의 자가 전원으로도 관심을 끌고 있다. 하지만 현재까지 개발된 열전 재료는 발전 효율이 낮아 널리 쓰이지 못하고 있었다.

KIST 연구진은 기존의 분말 형태의 열전 반도체인 ‘비스무스-텔루라이드’ 소재에 최신 반도체 나노 공정인 원자층 증착법을 접목했다. 원자층 증착법은 대량의 분말 재료에 대해 균일한 코팅을 가능하게 하는 증착기술로, 수 나노 두께의 얇은 산화 아연층을 증착하여 열전 재료의 성능을 기존 대비 50% 이상 향상 시켰다.

이번에 접목한 원자층 증착법은 기존 분말 열전 재료 제조 공정에 적용이 유리하다는 장점이 있다. 이번 연구결과를 통해 열전 재료 제조 분야에 널리 사용가능하고, 재현성 높은 나노 기술 접목 공정을 제공하여 열전재료의 대량 생산에 널리 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

김성근 박사는 “이번 성과는 실제 양산에서 이용되는 반도체 공정을 접목해 양산 가능한 나노 기술로 열전 성능을 향상시켰다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “앞으로 열전 반도체 소재 개발에 있어 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 나노소재분야 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신호에 게재됐다.

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KIST 전자재료연구단 김성근 박사팀의 연구원이 개발한 고성능 열전소재 위에 얼음을 올려 온도차로 인해 발생한 전기로 선풍기가 작동하는 것을 확인하고 있다.[KIST 제공]