– 열전소자 출력 3.5배 향상 성과로 국제학술지 ‘Materials Today Chemistry’ 게재 –

원광대학교 탄소융합공학과 임유렬(사진 왼쪽) 학부생과 첨단바이오소재학과 한주리(사진 오른쪽) 대학원생이 백금 나노입자를 활용한 고성능 유연 열전소재를 개발하고, 연구 결과를 국제학술지 ‘Materials Today Chemistry’에 게재했다.

임유렬 학부생과 한주리 대학원생은 공동 제1저자로 참여해 ‘Polymer-directed in situ growth of platinum nanoparticles in PANi/DWNT-PAA multilayer films for enhanced thermoelectric transport(열전 수송 특성 향상을 위한 PANi/DWNT-PAA 다층 박막 내 고분자 유도 In Situ 백금 나노입자 성장)’를 주제로 연구를 수행했다.

연구팀은 전도성 고분자인 폴리아닐린과 이중벽 탄소나노튜브, 폴리아크릴산을 활용해 ‘Layer-by-Layer’ 방식의 다층박막을 제작하고, PAA 영역을 나노반응기로 활용해 박막 내부에 2~4nm 크기의 백금 나노입자를 균일하게 형성했다.

형성된 백금 나노입자는 탄소나노튜브 사이의 전하 이동을 돕는 나노브리지 역할을 하며, 전기전도도와 제벡계수를 함께 향상시키는 효과를 나타냈다.

특히 백금 나노입자 도입으로 열전 성능을 나타내는 파워팩터를 기존 소재 대비 약 4배 높였으며, 실제 열전소자의 출력 성능도 약 3.5배 향상했다. 또한 개발된 소재는 1,000회의 반복적인 굽힘과 비틀림 이후에도 열전 특성을 안정적으로 유지했다.

개발된 소재는 향후 다양한 온도 차이를 전기에너지로 변환하는 웨어러블 전자기기와 유연 에너지 하베스팅 소자 등에 활용될 것으로 기대된다.

연구를 지도한 조충연 교수는 “이번 연구는 고분자와 탄소나노튜브 기반 다층구조에 백금 나노입자를 효과적으로 도입해 기존 유기 열전소재의 성능 한계를 개선한 연구”라며 “향후 유연·웨어러블 전자기기의 자가발전용 에너지 소재 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.