Æó±â ¿¡³ÊÁö¸¦ ÁÙÀÏ ¼ö ÀÖ´Â ³ª³ë°áÁ¤À¸·Î ÄÚÆÃµÈ ¼¶À¯
°úÇÐÀÚµéÀº ³ª³ë±â¼úÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ¶ß°Å¿î ÆÄÀÌÇÁ ¶Ç´Â ¿£Áø ±¸¼º ¿ä¼Ò¿¡¼ °øÀå, ¹ßÀü¼Ò ¹× ÀÚµ¿Â÷ µî¿¡ À̸£´Â Æó±âµÇ´Â ¿¡³ÊÁö¸¦ ȸ¼öÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ¹æ¾ÈÀ» °³¹ß ÁßÀÌ´Ù. ¹Ì±¹ ÆÛµà ´ëÇÐ(Purdue University) ÈÇаøÇкΠÁ¶±³¼öÀÎ Yue Wu´Â ¹Ì±¹¿¡¼ »ý»êµÇ´Â ¿¡³ÊÁöÀÇ 58 %°¡ ¿·Î Æó±âµÇ°í ÀÖ´Â °ÍÀº ºÒÆíÇÑ Áø½ÇÀ̶ó°í ÁöÀûÇß´Ù. Wu´Â ¸¸¾à ¿ì¸®°¡ ¿·Î Æó±âµÇ´Â ¿¡³ÊÁöÀÇ ´Ü 10 %¸¸ ȸ¼öÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù¸é, ¿¡³ÊÁö ¼Òºñ¿Í ¹ßÀü¼ÒÀÇ ¹è±â°¡½º ¹èÃâÀ» »ó´çÈ÷ ÁÙÀÏ ¼ö ÀÖ´Ù°í ¹àÇû´Ù.
¿¬±¸ÁøÀº ¿Àü Àç·á(thermoelectric material)·Î À¯¸® ¼¶À¯(glass fiber)¸¦ ÄÚÆÃÇÑ Àç·á¸¦ °³¹ßÇß´Ù. ¿Àü Àç·á°¡ °¡¿µÉ ¶§, ÇÑÂÊ Ãø¸é¿¡ ÀÖ´Â ÀüÀÚ´Â º¸´Ù ´õ Â÷°¡¿î Ãø¸éÀ¸·Î Èê·¯ Àü·ù(electrical current)¸¦ »ý¼ºÇÑ´Ù. ¶Ç ÄÚÆÃµÈ À¯¸® ¼¶À¯´Â ÈÇÐÀûÀÎ ³Ã¸Å(chemical refrigerant)¿Í ¾ÐÃà ÀåÄ¡¸¦ ÇÊ¿ä·Î ÇÏÁö ¾Ê´Â °íü »óÅÂÀÇ ³Ã°¢ ±â¼ú(solid-state cooling technology)À» âÃâÇÏ´Â µ¥ ÀÌ¿ëµÉ ¼ö ÀÖ´Ù. ¼¶À¯´Â ³Ã°¢¿ë ÀǺ¹(cooling garment)À» Á¦Á¶ÇÏ´Â Á÷¹°·Î Á÷Á¶µÉ ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀÌ´Ù.
À¯¸® ¼¶À¯´Â ³³ Åڷ縣 ÈÇÕ¹°(lead telluride)ÀÇ ³ª³ë°áÁ¤À» ÇÔÀ¯ÇÏ´Â ¿ë¾×¿¡ ´ã±Ù ÈÄ, °áÁ¤À» ³ìÀ̱â À§ÇÑ ¾î´Ò¸µ(annealing)À̶ó°í ºÒ¸®´Â °øÁ¤¿¡¼ ¿¿¡ ³ëÃâ½ÃÄ×´Ù.
ÀÌ·¯ÇÑ ¼¶À¯´Â ÀÚµ¿Â÷ ¿£Áø°ú ÀÚµ¿Â÷ÀÇ ¹è±â ½Ã½ºÅÛ »Ó ¾Æ´Ï¶ó °øÀå°ú ¹ßÀü¼Ò¿¡¼ »ê¾÷¿ë ÆÄÀÌÇÁ¿¡ °¨°Ü »ó´çÇÑ ¾çÀÇ Æó±â ¿¡³ÊÁö(wasted energy) ÀçÆ÷ȹÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ¿¡³ÊÁö ¼öÈ® ±â¼úÀº ¾ó¸¶³ª ¸¹Àº ¿ÀÇ ¼Ò½ÇÀ» ºñ¾àÀûÀ¸·Î ÁÙÀÏ °ÍÀΰ¡¿¡ ÀÖ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. ÀÌ ¿¬±¸ÀÇ ¿¬±¸ °á°ú´Â 2012³â 3¿ù Nano Letters¿¡ ¹ßÇ¥µÆ´Ù. ÀÌ ³í¹®Àº Àü ÆÛµà ´ëÇÐ ±³È¯ ÇлýÀÎ Áß±¹ Áö¸° ´ëÇÐ(Jilin University) ¼Ò¼ÓÀÇ Daxin Liang, ÆÛµà ´ëÇÐ ¼®»ç °úÁ¤ ÇлýÀÎ Scott Finefrock°ú Haoran Yang, Wu µîÀÌ Âü¿©Çß´Ù.
¿À´Ã³¯ÀÇ °í¼º´É ¿Àü Àç·á´Â ±úÁö±â ½±°í, °Å´ëÇÑ µð½ºÅ© ¶Ç´Â ºí·ÏÀ¸·ÎºÎÅÍ Çü¼ºµÈ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ Á¾·ùÀÇ Á¦Á¶ ¹æ¹ýÀº ¸¹Àº Àç·áÀÇ »ç¿ëÀ» ÇÊ¿ä·Î ÇÑ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. »õ·Î¿î À¯¿¬¼ºÀÌ ÀÖ´Â ÀåÄ¡´Â ¿£Áø°ú ¹è±â°üÀÇ ºÒ±ÔÄ¢ÇÑ ÇüÅ¿¡ Àû¿ëÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ÇÑÆí, ¼Ò·®ÀÇ Àç·á¸¦ ÀÌ¿ëÇÏ¿© »ó¿ë ¿Àü ÀåÄ¡¸¦ ±¸ÇöÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ Á¢±ÙÀº »ó¿ë ¿Àü Àç·á¿Í µ¿ÀÏÇÑ ¼öÁØÀÇ ¼öÇà·ÂÀ» ´Þ¼ºÇÏÁö¸¸, ÈξÀ ´õ ÀûÀº Àç·á¸¦ ÇÊ¿ä·Î Çϸç, ÀÌ·¯ÇÑ °øÁ¤ÀÌ °¡°ÝÀ» ³·Ãß°í ´ë·® »ý»êÀ» ½Ç¿ëÀûÀ¸·Î ¸¸µå´Â ±â¹ÝÀÌ µÈ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. »õ·Î¿î Á¢±ÙÀº ´ë·® »ý»êÀ» ±¸ÇöÇÒ ¼ö ÀÖ´Â »ê¾÷¿ë °øÁ¤À¸·Î ±Ô¸ð¸¦ È®´ëµÉ ¼ö ÀÖ´Ù.
¿¬±¸ÁøÀÌ ´ëºÎºÐÀÇ Àç·á°¡ ³³ Åڷ縣 ÈÇÕ¹°ÀÇ 300 ³ª³ë¹ÌÅÍ µÎ²²ÀÇ ÄÚÆÃÀ» ÇÑ À¯¸®·Î ±¸¼ºµÇ¾î ÀÖ´Ù´Â °ÍÀ» º¸¿© ÁÖ¾ú´Ù°í FinefrockÀº ¹àÇû´Ù. µû¶ó¼ ¿À´Ã³¯ÀÇ ¿Àü ÀåÄ¡°¡ °í°¡ÀÇ ¿ø¼ÒÀÎ ´Ù·®ÀÇ Åڷ縣 ÇÊ¿ä·Î ÇÏ´Â ¹Ý¸é, ¿¬±¸ÁøÀÇ Àç·á´Â ´Ü 5 %ÀÇ Åڷ縣¸¦ ÇÊ¿ä·Î ÇÑ´Ù°í FinefrockÀº ÁöÀûÇß´Ù. ¿¬±¸ÁøÀº ¸±-Åõ-¸± °øÁ¤(reel-to-reel process)¿¡¼ ¼¶À¯¸¦ ½Å¼ÓÇÏ°Ô ÄÚÆÃÇÏ¿© ´ë·® »ý»êÇÒ ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀ¸·Î ±â´ëÇÏ°í ÀÖ´Ù°í FinefrockÀº µ¡ºÙ¿´´Ù.
¿¿¡ ³ëÃâµÉ ¶§ Àü±â¸¦ »ý¼ºÇÏ´Â °Í°ú ´õºÒ¾î, ÀÌ Àç·á´Â ¶Ç ¿ª¹ÝÀÀ ¹æ½ÄÀ¸·Îµµ ¿î¿µµÉ ¼ö ÀÖ´Ù. Àü·ùÀÇ Àû¿ëÀº ¿À» Èí¼öÇÏ¿© °íü »óÅÂÀÇ ¿¡¾îÄÁ ¹æ¹ýÀÌ °¡´ÉÇÏ´Ù´Â °ÍÀ» º¸¿© ÁÖ¾ú´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ ¼¶À¯´Â ¾ðÁ¨°¡ ³Ã°¢¿ë ÀǺ¹ ¶Ç´Â ´Ù¸¥ ³Ã°¢ ±â¼ú¿¡ »ç¿ëµÉ ¼ö ÀÖÀ» °ÍÀÌ´Ù.
¿¬±¸ÁøÀº »õ·Î¿î Àç·á°¡ ZT¶ó°í ºÒ¸®´Â ÃøÁ¤ À¯´ÖÀ» °áÁ¤Çϱâ À§ÇÑ °ø½ÄÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ÃøÁ¤µÇ´Â ¿Àü È¿À²¼ºÀÌ ¿ì¼öÇÏ´Ù´Â °ÍÀ» º¸¿© ÁÖ¾ú´Ù. °ø½ÄÀÇ ÇÙ½É ºÎºÐÀº ¿Àü´É(Seebeck coefficient)ÀÌ´Ù. ZT´Â Àç·á¿Í ´Ù¸¥ ¿ä¼ÒÀÇ Àü±â Àüµµ¼º ¹× ¿ Àüµµ¼º°ú ÇÔ²² ¿Àü´ÉÀ¸·Î Á¤ÀǵȴÙ. ³·Àº ¿ Àüµµ¼º°ú ³ôÀº ¿Àü´É ¹× Àü±â Àüµµ¼ºÀº ³ôÀº ZT ¼öÄ¡¸¦ ³ªÅ¸³½´Ù.
Àü±â Àüµµ¼ºÀ» Áõ°¡½ÃÅ°¸é, ¿ Àüµµ¼ºÀÌ Áõ°¡µÇ°í ¿Àü´ÉÀº ¶³¾îÁö±â ¶§¹®¿¡, ÀÌ·¯ÇÑ ¼¼ °¡Áö º¯¼ö¸¦ µ¿½Ã¿¡ ¸ðµÎ ÃÖÀûÈÇÏ´Â °ÍÀÌ ¾î·Æ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. »ó¾÷ÀûÀ¸·Î ÀÌ¿ëµÇ°í ÀÖ´Â ´ëºÎºÐÀÇ ¿Àü Àç·á´Â 1 ¶Ç´Â 1º¸´Ù ³·Àº ZT ¼öÄ¡¸¦ Áö´Ï°í ÀÖ´Ù. ±×·¯³ª ³ª³ë±¸Á¶ÀÇ Àç·á´Â ¿ Àüµµ¼ºÀ» ³·Ãß°í ZT ¼öÄ¡´Â Áõ°¡½ÃÅ°´Â µ¥ ÀÌ¿ëµÉ ¼ö ÀÖ´Ù. ÆÛµà ¿¬±¸ÁøÀº Àç·á°¡ °¡´ÉÇÑ ÀÌ·ÐÀûÀÎ ÃÖ´ë È¿À²¼ºÀ» »êÃâÇϱâ À§ÇÏ¿© ZT ¼öÄ¡¸¦ ÀÌ¿ëÇß´Ù.
¿¬±¸ÁøÀÌ ¹°ÁúÀÇ Ç³ºÎÇÔ, ºñ¿ë, µ¶¼º ¹× ¼öÇà·ÂÀ» ºÐ¼®ÇÏ¿© È¿À²¼º ºñÀ²(efficiency ratio)À̶ó°í ºÒ¸®´Â ´ÜÀÏ º¯¼ö¸¦ ¼ö¸³Çß´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. ºñ·Ï ³ôÀº ¼öÇà·ÂÀÇ ¿Àü Àç·á°¡ °³¹ßµÈ´Ù°í ÇÏ´õ¶óµµ, Àç·á´Â ±¤¹üÀ§ÇÑ »ê¾÷ ÀÀ¿ë¿¡ ´ëÇÏ¿© ½Ç¿ëÀûÀÌÁö ¾ÊÀ» ¼ö ÀÖ´Ù. ¿À´Ã³¯ ´õ ³ôÀº ¼öÇà·ÂÀ» °®Ãá ¿Àü Àç·á´Â ±¸¼ºÀÌ º¹ÀâÇÏ°í Á¦Á¶°¡ ¾î·Á¿ï »Ó ¾Æ´Ï¶ó °í°¡ÀÇ ºñ¿ëÀÌ ¼Ò¿äµÈ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. ¶Ç, ³ôÀº ¼öÇà·ÂÀÇ ¿Àü Àç·á´Â ¾ÈƼ¸ó °°Àº µ¶¼º Àç·á¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ°í ÀÖ¾î ¿Àü ¿¬±¸¿¡ °É¸²µ¹ÀÌ µÇ°í ÀÖ´Ù.
ÀÛÀº °áÁ¤ »çÀÌÀÇ °æ°è¸éÀÌ °áÁ¤°ÝÀÚ ±¸Á¶ÀÇ Áøµ¿À» ¾ïÁ¦ÇÏ¿© ¿ Àüµµ¼ºÀ» ÁÙÀÌ´Â µ¥ ±â¿©Çϱ⠶§¹®¿¡, ³ª³ë°áÁ¤Àº Áß¿äÇÑ Ã·°¡¹°ÀÌ´Ù. Àç·á´Â °ÅÀÇ °³º°ÀûÀÎ ¿øÀÚó·³ °Åµ¿ÇÒ ¸¸Å ÀÛÀº ±¸Á¶·Î ¾çÀÚ ±¸¼Ó(quantum confinement)À» ³ªÅ¸³¾ ¼ö ÀÖ´Ù. ÀÌ°ÍÀº ÀüÀÚ°¡ ±¸Á¶¸¦ ÅëÇÏ¿© ¿À» ¼ö¼ÛÇϱ⠶§¹®¿¡, ¿À» ¼ö¼ÛÇÏ´Â ÀüÀÚÀÇ Æò±Õ Àü¾ÐÀÌ º¸´Ù ´õ Å« ±¸Á¶¿¡ Á¸ÀçÇÏ´Â °Íº¸´Ù ÈξÀ ´õ ³ô´Ù´Â °ÍÀ» ÀǹÌÇÑ´Ù°í FinefrockÀº ¹àÇû´Ù. ´ç½ÅÀº º¸´Ù ´õ ³ôÀº Àü¾ÐÀÇ ÀüÀÚ¸¦ °¡Áö°í Àֱ⠶§¹®¿¡, ´õ ¸¹Àº µ¿·ÂÀ» »ý¼º½Ãų ¼ö ÀÖ´Ù.
ÀÌ·¯ÇÑ ¾ïÁ¦´Â ZT ¼öÄ¡¸¦ Áõ°¡½Ãų ¼ö ÀÖ´Ù. ¹Ì·¡ ¿¬±¸´Â È¿À²¼ºÀ» °³¼±Çϱâ À§ÇÑ º¸´Ù ´õ ³ôÀº ¿ÂµµÀÇ ¾Æ´Ò¸µ¿¡ ÃÊÁ¡À» ¸ÂÃß°Ô µÉ °ÍÀÌ´Ù. ¶Ç ¿¬±¸ÁøÀº À¯¸® ¼¶À¯ ´ë½Å °íºÐÀÚ ¼¶À¯¸¦ ÄÚÆÃÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ¾Æ´Ò¸µÀ» Á¦°ÅÇÏ´Â ´Ù¸¥ ¹æ¾ÈÀ» Á¶»çÇÒ °èȹÀÌ´Ù. °íºÐÀÚ´Â ³Ã°¢¿ë ÀǺ¹À¸·Î ÀÔÀ» ¼ö ÀÖ´Â ÀåÄ¡·Î Á÷Á¶µÉ ¼ö ÀÖ´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. ¶Ç ¿¬±¸ÁøÀº °íºÐÀÚ·Î À¯¸® ¼¶À¯¸¦ ÄÚÆÃÇÏ¿© ³¯Ä«·Î¿î °¢µµ¿¡¼ ¼¶À¯°¡ ±¸ºÎ·¯Áú ¶§ ÀÛÀº Å©·¢À¸·Î ¹ß´ÞÇÏ´Â °æÇâÀÌ ÀÖ´Â ¿Àü Àç·áÀÇ Åº¼º(resilience)À» °³¼±ÇÏ´Â ¿¬±¸¸¦ ¼öÇàÇÒ °èȹÀÌ´Ù.
¶Ç ¿¬±¸ÁøÀº µ¶¼ºÀÌ ÀÖ´Â ³³°ú Åڷ縣 ´ë½Å ³ôÀº ZT ¼öÄ¡¸¦ Áö´Ñ ´Ù¸¥ Àç·á¸¦ Á¶»çÇÒ ¿¹Á¤ÀÌ´Ù. ¹°·Ð ¿¬±¸ÁøÀÇ °øÁ¤ÀÌ ¸Å¿ì ¼Ò·®ÀÇ 300 ³ª³ë¹ÌÅÍ µÎ²²ÀÇ ÃþÀ» »ç¿ëÇÏ¿© µ¶¼º ¹®Á¦¸¦ ÃÖ¼ÒÈÇß´Ù°í Wu´Â ¹àÇû´Ù. ±×·¯³ª ¿¬±¸ÁøÀº ºñµ¶¼ºÀÇ Ç³ºÎÇÑ Àç·á¿¡ ÃÊÁ¡À» ¸ÂÃâ °ÍÀ̶ó°í Wu´Â µ¡ºÙ¿´´Ù.
±×¸²1> ¿Àü Àç·á·Î ÄÚÆÃµÈ À¯¸® ¼¶À¯°¡ ¿¿¡ ³ëÃâµÉ ¶§ Àü·ù¸¦ »ý¼º½ÃÅ°´Â °ÍÀ» º¸¿© ÁÖ´Â À̹ÌÁö.
Ãâó : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-04/pu-nfm041712.php
|