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오사카 대학(Osaka University)과 히타치 사(Hitachi, Ltd.)는 상온에서 향상된 역률(power factor)을 가지는 새로운 열전 재료를 만들었다. 열전 재료는 미래 기술에서 중요한 역할을 할 수 있다. 그러나 이런 재료에 대한 연구가 오랫동안 진행되었지만 대부분 고온 장치에 국한되었다. 열전 재료는 열전 효과를 가진다. 열전 효과에 대해서 간단히 살펴보면, 한 쪽 면에 열을 가하면 전류가 흐르기 시작한다. 반대로, 장치에 외부 전류를 흐르게 하면 온도 구배가 형성된다. 즉, 한 쪽 면이 다른 쪽 면보다 더 뜨거워진다. 열과 전기를 상호 변환시키기 때문에, 열전 재료는 발전기 또는 냉장고로서 사용될 수 있다. 이상적인 열전 재료는 높은 전기 전도성과 낮은 열 전도성을 동시에 가진다. 전력 생성은 역률에 주로 의존하기 때문에 역률을 높이는 것이 매우 중요하다. 불행하게도, 대부분의 열전 재료는 희귀 또는 독성 원소를 기반으로 만들어진다. 이 문제를 해결하기 위해서, 이번 연구진은 실리콘과 이테르븀(ytterbium)을 결합시켜서 YbSi2를 만들었다. 이 화합물은 우수한 전기 전도체이고, 무독성이다. 또한 이 화합물은 저온에서 우수한 열전 재료가 될 수 있게 하는 원자가 요동(valence fluctuation)이라는 독특한 특성을 가지고 있다. 이 새로운 열전 재료는 상온에서 2.2 mWm-1K-2의 매우 높은 역률을 가진다. 비스무트 텔루라이드 기반의 일반적인 열전 재료와 경쟁할 수 있을 정도이다. 과학계에서 열전 재료에 거는 기대는 크다. 하지만 그동안의 연구는 한 방향으로만 이루어졌고 저온에서 작동되는 열전 재료를 개발하고자 하는 의도는 많지 않았다. 이번 연구는 저온 열전 재료를 어떻게 효율적으로 만들 수 있는지를 보여주었고, 향후에 발전 장치 등과 같은 다양한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Physica Status Solidi RRL에 ldquo;Ytterbium silicide (YbSi2): A promising thermoelectric material with a high power factor at room temperature rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/pssr.201700372). |
