나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 상하이(上海) 세라믹 연구소 연구팀이 공동연구를 통해 황화은(silver sulfide, Ag2S) 플렉시블 반도체에 기반을 둔 신형 고성능 무기 플렉시블 열전 재료와 디바이스를 개발하는데 성공함.

연구팀은 이번 연구개발을 통해 한층 더 나아가 일련의 셀레늄(selenium) 혹은 텔루륨(tellurium) 원소 고체 용해 열처리(solution treatment)가 가능한 Ag2S 재료를 합성하는 성공하였음. 연구팀은 이번 연구개발을 통해 셀레늄(selenium) 혹은 텔루륨(tellurium)에 대한 고체 용해 열처리는 은 갭 이온의 농도를 증가시킨다는 점을 발견하였으며, 은 갭 이온의 농도 증가로 인해 전기 운송 성능을 뚜렷이 개선시키고 실온 하에서 열전 성능 지수(figure of merit)를 0.44 수준까지 뚜렷이 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였음. 연구팀이 휘는 반경이 3mm에 도달하는 샘플을 선택하여 테스트를 실행한 결과, 셀레늄(selenium) 고체 용해화 열처리(solution treatment)의 Ag2S 박편(薄片)은 1,000회에 달하는 반복적인 굽히는 과정을 거쳐서도 전기 전도율과 제벡 계수(seebeck coefficient)는 거의 변화가 발생하지 않는 것으로 나타났으며, 연구팀은 이런 특징에 근거하여 재료의 성능이 응력 영향을 적게 받고 플렉시블 및 웨어러블 전기 공급 수요를 충족시킬 수 있다는 점을 입증하였음. 연구팀은 셀레늄(selenium) 원소의 고체 용해화 열처리(solution treatment)를 통해 Ag2S 평면 내 타입의 열전 발전 디바이스를 개발하였는데 20K 온도 차이 하에서 최대 표준화 파워 밀도는 0.08W/㎡ 수준에 도달하여 현재 성능이 제일 우수한 유기 열전 디바이스보다 1~2 자릿수나 높은 것으로 나타났음.

연구팀이 연구 개발한 Ag2S 플렉시블 반도체에 기반을 둔 신형 고성능 무기 플렉시블 열전 재료와 디바이스는 우수한 유연성과 열전 전환 성능을 동시에 제공할 수 있을 뿐만 아니라 친환경, 안정성, 긴 수명 등 장점을 보유하고 있으며, 분산 방식, 웨어러블, 임플란트 방식을 대표로 하는 차세대 지능 마이크로 나노 전자 시스템 등 분야에서 폭 넓은 응용을 실현할 수 있을 것으로 전망되며, 연구팀은 이번 연구개발 성과 취득을 통해 무기 플렉시블 열전 재료 연구개발의 새로운 방향을 개척하였으며, 고성능 무기 재료의 플렉시블 열전 전환 신기술 개발을 위해 최초의 제일 핵심적인 난제를 해결했다고 평가됨.

본 연구 성과는 Energy & Environmental Science 온라인 판에 게재됨.