“서버실·배터리 폐열, 전기가 된다”…포스텍, 실리콘 열전소자 효율 한계 돌파 작성일 06-11 29 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="QpHFV33Gsj"> <p contents-hash="3c95af18dacd766cf26732df54ccaa381b0e077c18c9cc46b4f7dc6afa009656" dmcf-pid="xUX3f00HDN" dmcf-ptype="general">챗GPT에 질문을 던질 때마다 거대한 데이터센터 서버실은 뜨거운 열을 뿜어낸다. 질주하는 전기차 배터리에서 발생하는 열이나 제조 공장에서 허공으로 흘러 가버리는 열 역시 마찬가지다. 이처럼 일상과 산업 현장에서 무의미하게 버려지는 '폐열'을 다시 유용한 전기로 되돌릴 수 있는 차세대 열전 기술의 상용화가 한층 더 가까워졌다.</p> <p contents-hash="6f7dbf5eecef54d09d581a708dc97fcad9f09bf609d9dd8f69081d242ba479b9" dmcf-pid="yAJaCNNdEa" dmcf-ptype="general">포스텍(POSTECH)은 백창기 전자전기공학과·IT융합공학과 교수와 IT융합공학과 통합과정 김기영 씨 연구팀이 '속이 빈 실리콘 나노튜브' 구조를 적용해 기존 열전소자의 효율 한계를 극복할 수 있는 물리적 원리를 규명했다고 11일 밝혔다. 이번 연구 성과는 에너지 및 나노기술 분야의 세계적 국제 학술지인 '나노 에너지(Nano Energy)'에 게재되며 학계 주목을 받았다.<br></p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="48a582e4cfdbf6e31bd0753da3fe4171f9b07eb9b6e4cd39bfb13cbeb4524e4d" dmcf-pid="WciNhjjJOg" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="실리콘 나노튜브 구조체(위)와 나노 구조체 열 전달 특성 측정 템플릿(아래)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/etimesi/20260611082648655jycz.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="4BjY7GGhwE" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/etimesi/20260611082648655jycz.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 실리콘 나노튜브 구조체(위)와 나노 구조체 열 전달 특성 측정 템플릿(아래) </figcaption> </figure> <p contents-hash="cd5b6c7bbf7292f54c3d810f39a88e3aae968d0feb778584173050722d8051fa" dmcf-pid="YknjlAAiso" dmcf-ptype="general">'열전소자'는 별도의 가동 부품 없이 오직 소자 양단의 '온도 차이'만으로 전력을 생산하는 친환경 장치다. 산업 폐열 회수부터 배터리 냉각, 우주 탐사선의 핵 전지까지 활용 범위가 무궁무진하다. 특히 폭발적인 AI 기술 성장과 함께 전 세계 데이터센터의 열 관리(방열)가 핵심 과제로 부상하면서 열전 기술의 중요성은 날로 커지는 추세다.</p> <p contents-hash="88b8ab108e5689756cbed202dd6c6420e0623abe2d0570ea20391f2980e2c617" dmcf-pid="GELASccnEL" dmcf-ptype="general">그동안 열전소자 상용화의 가장 큰 걸림돌은 '소재'였다. 기존 소자는 비스무트(Bi), 텔루륨(Te) 같은 희소금속을 핵심 재료로 삼아, 공급망 불안정과 국제 정세에 따른 가격 요동에 취약했다. 반면 실리콘은 지구상에 흔하고 한국이 세계 최고 수준의 경쟁력을 보유한 반도체 공정을 그대로 쓸 수 있다는 장점이 있지만, 자체 열전도도가 너무 높아 전기를 만드는 효율이 극히 떨어진다는 치명적인 약점이 있었다.</p> <p contents-hash="eb851b29fa5e6ae6308956d328897b8c600ce99cd297ed94324dddfa7d7fe456" dmcf-pid="HDocvkkLsn" dmcf-ptype="general">열전소자의 효율을 극대화하려면 '열은 차단하되 전기는 잘 흐르게' 해야 한다. 그러나 소자를 나노 크기로 줄이면 열 이동이 감소하는 동시에 전기 흐름까지 함께 막히는 고질적인 '트레이드 오프(물러섬 없는 딜레마)'가 발생해 왔다.<br></p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="32946c9a1495553169a14d06fbc37e495d8fed1b1c26e941e15afe475bc2afe4" dmcf-pid="XwgkTEEosi" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="(왼쪽부터)백창기 교수와 IT융합공학과 통합과정 김기영 씨" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/etimesi/20260611082649957peeu.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="PysS3vvmwA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/11/etimesi/20260611082649957peeu.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> (왼쪽부터)백창기 교수와 IT융합공학과 통합과정 김기영 씨 </figcaption> </figure> <p contents-hash="cf8af03e9bcb20ad6adc1dd9e6e5e2698a67c32fe99ab4e68a444d15cab6dcbc" dmcf-pid="ZraEyDDgIJ" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 난제를 '속이 빈 대롱 모양'의 나노튜브 구조로 해결했다. 내부가 꽉 찬 일반 나노선과 비교했을 때, 속이 빈 나노튜브는 열전도도가 약 70%나 낮아졌다. 특히 표면적 비율을 동일하게 맞춘 조건에서도 나노튜브가 약 33% 더 낮은 열전도도를 보였다. 이는 구조 내부가 비어 있다는 사실 그 자체가 열을 추가로 차단하는 독자적인 메커니즘을 수행함을 뜻한다.</p> <p contents-hash="2faddd3214f474e3117219827f556f7c918a74e7e8ac089ee738ddab36bbbebe" dmcf-pid="5mNDWwwawd" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 현상의 원인이 고체 내부에서 열을 전달하는 진동 입자인 '포논(Phonon)'이 특정 영역에 갇히는 '포논 국소화' 현상 때문임을 세계 최초로 증명했다. 파도가 방파제에 갇혀 나아가지 못하듯 열의 이동을 묶어둔 것이다. 기존 극저온이나 특수 구조에서만 극히 제한적으로 관찰되던 이 현상을, 연구팀은 비교적 단순한 나노튜브 구조를 통해 상온에 가까운 환경에서 성공적으로 구현해냈다.</p> <p contents-hash="868d77e6d2ce08562f1d0ea55767da13622c4fd5d8a579957928023641848438" dmcf-pid="1sjwYrrNre" dmcf-ptype="general">백창기 교수는 “이번 연구는 독성과 희소성이 높은 외산 재료에 의존하지 않고, 국내의 우수한 반도체 제조 공정 기술을 활용해 차세대 열관리 및 친환경 에너지 하베스팅 시장을 선도할 수 있는 주춧돌이 될 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="e337ba5000e4cd32a1b3ff9cd24b9f792d9d19660c9ae0285ae1fdb0c012ba42" dmcf-pid="tOArGmmjOR" dmcf-ptype="general">한편, 백창기 교수 연구팀은 이번 나노튜브 구조 연구에 앞서, 실리콘 기반 열전소자의 효율을 높이기 위한 원천 기술을 꾸준히 개발해왔다. 연구팀은 과거 반도체 표면 미세 가공 기술(DRIE)을 이용해 실리콘 나노와이어 표면에 거울처럼 포논을 튕겨내는 '물결무늬 구조'를 형성하는 기술을 개발한 바 있다. 당시 연구에서도 표면 가공된 실리콘 나노와이어는 기존 덩어리(Bulk) 형태의 실리콘 대비 열전도도를 30분의 1로 낮추고 열전 성능은 무려 300배 이상 향상시키는 쾌거를 이루었으며, 이 역시 '나노 에너지'에 게재된바 있다.</p> <p contents-hash="5def42b7556cd6e5f8d4d8d043fb83b4aa6b2894eb62bae723376da62c0e9f63" dmcf-pid="FnPdDJJ6mM" dmcf-ptype="general">포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [PIS FAIR 2026 미리보기] 위즈코리아, ‘데이터 계보’ 추적으로 개인정보보호 패러다임 바꾼다 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