최근 국내 연구진이 꿈의 나노 물질인 그래핀에 규칙적으로 구멍을 뚫어 그래핀 나노메시 구조를 제작하고 그 특성을 제어해 높은 열전성능을 보일 수 있는 열전소자 개발에 성공했다. 앞으로 원격 의료기기 및 사물인터넷(IoT) 모바일 기기 등의 자가 전원으로 널리 활용 가능할 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광전하이브리드연구센터 손정곤 박사팀은 단일층 혹은 이중층의 그래핀에 마치 연탄처럼 10㎚(나노미터) 수준의 규칙적인 구멍을 형성해 그래핀 나노메시 구조를 제작했다고 27일 밝혔다.

이 구조는 그래핀의 높은 열전도도를 획기적으로 낮추고, 높은 열전계수를 확보할 수 있게 된다. 연구진은 매우 미세한 패턴을 넓은 면적에 균일하게 구현해 이 구조의 열전도도와 열전 특성을 세계 최초로 측정, 그 특성 변화를 제어하는 기술을 확보했다.

연구진이 개발한 10㎚ 수준의 그래핀 나노메시 구조는 열을 전달하는 전자는 손실 없이 흐르게 하고, 포논의 움직임이 제어되어 포논 산란만을 선택적으로 유발해 전기전도도는 유지하면서 열전도도를 획기적으로 낮췄다. 동시에 패턴으로 인해 양자화되면서 밴드갭을 생성해 열전계수를 증가시켜 열전 성능을 비약적으로 상승시킬 수 있음을 실험적으로 입증했다.

KIST 손정곤 박사는 "이번 연구의 그래핀 나노패턴을 통한 열전특성 제어 기술은 최근 대안 에너지 하베스팅 방법으로 떠오른 플렉시블 저온 열전소자의 적용에 새로운 패러다임을 제시할 것"이라며 "나노 구조화된 저차원 소재, 유연 열전소재의 원천 연구 및 웨어러블 자가 구동기기의 실현화에 획기적인 해결책이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

김달호 기자

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