– 고분자 구조 제어 및 산 도핑 기술로 유연 열전 다층막 성능 향상 –

원광대학교는 탄소융합공학과 조충연 교수 연구팀 소속 학부연구생들이 주도한 고성능 유기 열전소재 연구 논문이 국제 저명 학술지 ‘ACS Applied Electronic Materials’ 최신호에 게재됐다고 6일 밝혔다.

탄소융합공학과 4학년 이도희, 임석훈(사진 왼쪽부터 이도희, 임석훈) 학생이 공동 제1저자로 참여한 이번 논문은 다층박막적층 자가조립 공정을 활용해 유연하고 높은 성능을 지닌 유기 열전 복합 박막을 구현했다.

연구팀은 가지형 폴리에틸렌이민(BPEI) 고분자와 이중벽 탄소나노튜브(DWNT)를 교대로 적층하는 과정에서 조립 용액의 산성도(pH)를 정밀하게 제어했다.

이를 통해 고분자의 이온화 상태와 사슬 구조를 유도하고 나노튜브 간 결합력을 극대화해 균일한 3차원 전도성 나노 네트워크를 형성하는 데 성공했다.

나아가 조립된 다층막에 질산 증기 후처리 기술을 결합해 전기전도도를 기존보다 약 8배 이상 향상시키고 최고 수준의 우수한 열전 파워팩터 성과를 확보했다.

특히 개발된 유기 열전 다층막 소재는 유연한 기판 위에서 1천 회 이상의 반복적인 굽힘 시험 후에도 전기적 특성을 유지해 뛰어난 기계적 유연성과 내구성을 입증했다.

해당 소재는 향후 체온이나 주변 폐열을 전기에너지로 직접 변환하는 차세대 웨어러블 자가발전 소자 및 인체 밀착형 헬스케어 센서의 자가 구동 전원 기술로 활용될 전망이다.

연구를 지도한 조충연 교수는 “학부연구생들이 주도적으로 참여해 유기 열전 소재의 한계를 극복하고 세계적 수준의 성능을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.

이어 “기존 무기 열전소재를 대체해 향후 웨어러블 전자기기 및 에너지 하베스팅 분야 발전에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다”고 덧붙였다.