한국화학연구원 연구팀 "인체 무해…인쇄 공정으로 간단히 제작 가능"

한국화학연구원 연구팀이 개발한 열전 소자. 10원짜리 동전만큼 작다. [한국화학연구원 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국화학연구원은 조성윤 박사 연구팀이 열을 전기 에너지로 바꿔주는 새로운 유연 열전 소재를 개발했다고 13일 밝혔다.

열전 소재는 주변의 열을 전기 에너지로 변환할 수 있는 재료다.

반대로 전기 에너지를 이용해 온도를 낮추거나 올릴 수도 있다.

와인냉장고, 자동차 시트냉방장치, 정수기 등에 쓰인다.

특히 체온으로 전기 에너지를 발생시키면 웨어러블 기기 자가전원으로 활용할 수 있다.

지금까지 전기로 온도를 바꾸는 소재는 활발하게 상용화했다.

그런데 열을 전기로 바꿔주는 열전 소재는 사정이 다르다.

소재 제조 공정이 까다롭고 복잡한 데다 제조 비용이 비싼 편이어서다.

공기 중에서 쉽게 산화하기도 하고, 인체 독성이 있다는 단점도 있었다.

조성윤 박사 연구팀은 흑린을 개발에 이용했다.

흑린은 매장량이 풍부한 원소인 인으로 구성돼 있다. 인체에도 무해하다.

잉크젯 프린팅을 통한 소자 제작 예시 [한국화학연구원 제공=연합뉴스]

연구팀은 흑린 덩어리를 얇은 층의 판으로 떼어낸 후 표면에 금 나노입자를 결합했다.

이를 통해 유연하면서도 공기 중 안정성을 높인 새로운 소재를 구현했다.

물과 에탄올 혼합 용매에 흑린 판과 금 나노입자 전구체를 분산시키고서 화학반응을 통해 금 나노입자가 흑린 판 표면에 결합할 수 있도록 했다.

흑린판 표면에 금 나노입자가 결합하면 공기 접촉을 차단해 쉽게 산화하지 않는다.

전기전도도의 경우 기존 흑린보다 약 6만배 높다.

금 나노입자 함량을 조절해 소재 열전 특성을 용도에 맞게 제어할 수 있다.

10원짜리 동전만큼 작게 만들 수도 있다.

새로운 소재는 용액 인쇄 공정으로 비교적 간단하게 만든다고 연구팀은 설명했다.

유연 열전소자 제작 과정과 발전 특성 [한국화학연구원 제공=연합뉴스]

조성윤 박사는 "열전 소재로서 안정성 문제가 있던 흑린 소재의 한계를 획기적으로 개선한 사례"라며 "게다가 유연하게 휘어지는 특성이 있어서 체온을 활용한 웨어러블 소자 전원으로 응용될 것"이라고 말했다.

연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)에 실렸다.

walden@yna.co.kr

[경제] '체온으로 웨어러블 기기 작동' 새 열전 소재 개발