77년만에 3D 열전소재 설계 이론 제시…3D프린팅으로 효율 466%↑ 작성일 09-08 48 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">POSTECH·전기연구원 공동…양산위해 대면적·고속·단순화 추진</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="f7CmwWBWcn"> <p contents-hash="ada3a19b3868953c8106369b72b1b42076aa922f093a28d3ca45ba09576d5a44" dmcf-pid="4zhsrYbYNi" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)지난 77년간 공백으로 남아 있던 3D 열전 소재 설계 이론이 처음 제시됐다. 지난 1948년 1차원 열전효과 이론이 제시된 뒤 POSTECH 손재성 교수 연구팀이 2010년부터 3D 구조를 제창하며, 이끌어온지 15년 만에 과학적 설계 이론을 정립했다.</p> <p contents-hash="cd23e32baad06dabe0a91a426bfe7f9b0798e2dee56fd096865053b62ea11d49" dmcf-pid="8qlOmGKGgJ" dmcf-ptype="general">POSTECH(포항공과대학교)은 8일 화학공학과 손재성 교수·양성은 박사 연구팀이 한국전기연구원 류병기 박사와 함께 3차원(3D) 구조와 열 경계조건을 동시에 고려한 ‘열전 소자 설계 원리’를 세계 최초로 제안하고, 이를 소자에 적용해 성능을 검증했다.</p> <p contents-hash="08b9eb96ce4909a2a0a631012a7411a18af8084bc2ac36679ab4f2df576a069d" dmcf-pid="6BSIsH9HAd" dmcf-ptype="general">연구결과는 영국 왕립화학회(RSC)가 발행하는 국제 학술지 ‘에너지와 환경 과학(Energy & Environmental Science)’에 게재됐다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="362472053b2e07c9dec1b26cff3a2e64cc0aaa4073a6f147f180fd955aee45ca" dmcf-pid="PbvCOX2Xce" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="3차원 열전 소재 이론 모델 및 설계 원리가 제시됐다. 그림은 이를 활용한 최적 형상 설계 및 성능 향상 모식도.(그림=POSTECH)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105912962lies.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="9dtcjhphcg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105912962lies.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 3차원 열전 소재 이론 모델 및 설계 원리가 제시됐다. 그림은 이를 활용한 최적 형상 설계 및 성능 향상 모식도.(그림=POSTECH) </figcaption> </figure> <p contents-hash="ab56dc066996a38998ae7ee1e12c14f1ea29dce0ea4cfa1fd056914b75635ce3" dmcf-pid="QKThIZVZcR" dmcf-ptype="general">손재성 교수는 전화통화에서 "지난 2010년 우리 그룹에서 처음 3차원 열전효과를 3D 프린팅으로 구현하는 등 세계 연구계를 이끌어 왔다"며 "이번에 3D설계 이론을 과학적으로 제시한 것"이라고 설명했다.</p> <p contents-hash="3b2e630b4cf2718d11bbe2c261949e8749dd798c80d30e668c2cd10d3e10ae4b" dmcf-pid="xFwcjhphgM" dmcf-ptype="general">손 교수는 상용화 관련 "열전효과 3차원 구조는 일반 제조공정으로는 만들 수 없고, 3D프린팅으로 구현 가능하다"며 "양산성 확보를 위해 대면적화, 고속화, 구조 단순화 등에 관한 공정 연구를 진행중"이라고 부연 설명했다.</p> <p contents-hash="a9bb77256c21324bd367e05eeccf6b5a46b52914597b2b90f9e48bb85d185170" dmcf-pid="ygBup4j4gx" dmcf-ptype="general">열전 효과란 '열'을 '전기'로, '전기'를 다시 '열'로 바꾸는 현상이다. 온도차(제벡효과)와 전류의 열 흡수와 방출(펠리에 효과), 도체내부 열흡수 및 방출(톰슨효과) 효과를 의미한다.</p> <p contents-hash="ad82aeb624d414a0354451f46bb3a1fe3a82e816af67283a3e25c959d652ac68" dmcf-pid="Wab7U8A8NQ" dmcf-ptype="general">자동차 폐열 회수, 우주 탐사선 전력 공급 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그러나, 차세대 재생에너지 기술로 떠오르고 있지만 기존 이론은 70여 년 전 제시된 1차원 구조에 머물러 있다. 3차원에 대한 이론적 규명은 아직 없었다.</p> <p contents-hash="2176582702df9ed46a1bd231e8b6524879a4433d428e1bf25461681531ea4c5c" dmcf-pid="YNKzu6c6gP" dmcf-ptype="general">연구팀은 우선 열전 소자가 놓일 수 있는 8가지 실제 환경을 이론적으로 정리했다. 예를 들어 ‘온도를 고정한 경우’, ‘열의 흐름만 고정한 경우’, ‘공기, 물 같은 매체와 접촉하는 경우’ 등이다.</p> <p contents-hash="2eb709095cfb19abf1425c40e71ffecd321893e48cda121e5de5b80910cfa460" dmcf-pid="Gj9q7PkPA6" dmcf-ptype="general">연구팀은 또 'G 인자(Geometric factor)'라는 새로운 설계 지표를 도입했다. 단순히 소자 모양을 보는 것이 아니라 모양이 달라질 때 내부 전기저항과 열전도율이 어떻게 바뀌는지를 파악할 수 있다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f1c45eedc71e721beda0ede2539a9de1f58a58a4725fc191a74fb7b092acbf6f" dmcf-pid="HA2BzQEQk8" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="POSTECH 손재성 화학공학과 교수.(사진=POSTECH)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105914203wnzp.jpg" data-org-width="250" dmcf-mid="24Gonr5rao" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105914203wnzp.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> POSTECH 손재성 화학공학과 교수.(사진=POSTECH) </figcaption> </figure> <p contents-hash="f947b0857c9d0801d66934a241d2ce093533b4142468f233ae2837d58c493106" dmcf-pid="XcVbqxDxA4" dmcf-ptype="general">마치 건축에서 구조 설계도를 미리 검토하듯, 목표에 따라 ‘최대 출력’이나 ‘최대 효율’을 내는 최적의 모양을 이론적으로 찾아낼 수 있다.</p> <p contents-hash="bf26a76124441a527961f54112e05e9387daccb0415a4bf270c8a0b4fa9935ba" dmcf-pid="ZkfKBMwMgf" dmcf-ptype="general">이를 바탕으로 연구팀은 대표적인 열전 반도체 소재(Bi,Sb)₂Te₃)를 이용해 다양한 단면 소자를 제작했다. 그 결과, 기존의 단순한 원통형 구조와 비교했을 때 출력은 최대 422%, 효율은 최대 466% 향상됐다. 또 사용되는 재료는 오히려 67%까지 절감하는 성과를 거뒀다.</p> <p contents-hash="092b30897ce7de3fc21e66337e4e9d9f8f6a882a2d4fe0c777b7627d48514d91" dmcf-pid="5E49bRrRAV" dmcf-ptype="general">손재성 교수는 "이론으로 계산한 값과 실제 실험 결과가 거의 정확히 일치했다"며 "이는 연구팀이 개발한 설계 원리가 현실적인 조건에서도 신뢰할 수 있다는 것을 증명한다"고 말했다.</p> <p contents-hash="c86d98024eeecb37e4d4a8b5880c351f64781ba8ece7cfebbcd1641a0e45deda" dmcf-pid="1D82Kemea2" dmcf-ptype="general">손 교수는 “지난 70여 년간 공백으로 남아 있던 3D 열전 소재의 설계 이론을 처음으로 제시했다”며, “자동차 배기가스나 산업 현장의 폐열 회수, 웨어러블 기기용 전력원 설계 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것"으로 기대했다.</p> <p contents-hash="c6b7f73f07c1057549a204af321d8d55efac6d8edb6af9dc26f37106e3627314" dmcf-pid="tw6V9dsda9" dmcf-ptype="general">연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 중견연구자지원사업과 나노·소재기술개발사업(국가전략기술소재)의 지원을 통해 수행됐다.</p> <figure class="s_img figure_frm origin_fig" contents-hash="9faff1c491252d1bb411804233b31105321f449f992ef3b8e77a5107363e2bea" dmcf-pid="FrPf2JOJNK" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="POSTECH 양성은 박사(열전효과 제1저자)." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105915464cmrq.jpg" data-org-width="150" dmcf-mid="VfanJDXDNL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202509/08/ZDNetKorea/20250908105915464cmrq.jpg" width="150"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> POSTECH 양성은 박사(열전효과 제1저자). </figcaption> </figure> <p contents-hash="d7c3de965be9bc895758c86c37347bbb3ec5bb37253993f32837e5897ba90ac9" dmcf-pid="3mQ4ViIikb" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 ‘솔로지옥4’ 장태오, 정유진과 현실커플됐나? 열애설에 “개인사 확인불가” 09-08 다음 틱톡, 에스파 글로벌 캠페인 '리치맨' 진행 09-08 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
