자유자재로 구부러지는 실리콘 열전모듈 개발

고려대 김상식 교수 “웨어러블 디바이스 전원·피부 부착형 메디컬 센서에 적용”

실리콘 나노선을 이용한 유연 열전모듈.한국연구재단

[대전=일요신문] 박하늘 기자 = 한국연구재단은 고려대 김상식 교수팀이 반도체 CMOS 공정(전자소자 제작에 일반적으로 활용하는 반도체 공정)을 이용해 실리콘 나노선으로 열을 전기로 바꾸는 열전 모듈을 최초 개발했다고 21일 밝혔다.

이 실리콘 나노선 열전모듈은 전자와 결정격자의 열진동 에너지를 양자화한 준입자인 ‘포논’의 평균자유행로 차이를 이용해, 전기전도도의 큰 손실 없이 열전도도를 5분의 1 이하로 줄여서 열전변환 성능이 향상됐다.

구부린 상태에서도 열을 전기로 바꾸는 성능이 14.2mW/(m·K2)로 나타났다. 이는  기존의 유기물 기반 유연 열전모듈보다 100배 이상 높은 수치다.

또한 반복해서 구부려도 일정하게 출력 전압이 유지됐다.

김상식 교수는 “이번 연구 성과는 열을 전기로 바꾸는 것이 어렵다고 알려진 실리콘 반도체를 기반으로 고성능 유연 열전모듈을 최초로 구현한 것”이라며 “사람의 체온, 컴퓨터 열기 등 버려지는 열을 전기 에너지로 변환해 우리 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스 전원,  피부 부착형 메디컬 센서 등에 적용될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’ 12월5일자에 게재됐다.

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