스토리

신규 진틀계열 n-형 열전소재 개발 성공


 

충북대학교(총장 김수갑) 화학과 유태수 교수의 에너지전환소재 연구팀이 최근 주도한 신규 n-형 진틀계열 열전소재개발 연구결과가 미국화학회(American Chemical Society)에서 발간한 국제저명학술지인 ‘Chemistry of Materials’ (IF = 9.811) 2021년  17호에 게재됐다. 


유태수 교수 연구팀은 ‘p-Type to n-Type Conversion through the “Bypass” Phase Transition in the Zintl-Phase Thermoelectric Materials(“우회로” 구조변화 방식을 통해 p-형에서 n-형으로 전환되는 진틀계열 열전화합물에 대한 연구)’란 주제로 논문을 발표했다. 


이번 논문에는 충북대 화학과 연성범씨(석사 졸업, 지도교수 유태수)가 제1저자로 참여하였으며, 화학과 유태수 교수가 연구책임자, 물리학과 김동현 교수팀, 서강대 옥강민 교수팀, 그리고 포항가속기연구소 문도현박사가 공동연구자로 참여했다. 본 연구는 한국연구재단 이공분야 중견연구자지원사업과 BK21 Four 사업의 지원을 받아 진행됐다. 

 



현재 열전소재는 다양한 열원으로부터 버려지는 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 친환경 에너지전환소재로써 현재 전세계적으로 매우 활발한 연구가 진행되고 있으며, 기존에 보고된 대다수의 진틀계열 열전소재의 경우, 진틀화합물 특성상  p-형 특성 갖는 것으로 알려져 있으며, 이로 인해 열전발전기용 모듈에 함께 사용될 n-형 진틀계열 열전소재의 개발이 매우 중요한 연구주제로 대두 되어 왔다. 


이번 연구에서는 신규 n-형 진틀계열 열전소재를 합성하기 위해 Ca5-x-yYbxREyAl2Sb6 시리즈 화합물에 세 가지 다른 종류의  희토류 금속인 Pr, Nd, Sm을 n-형 도펀트로 사용하는 방법을 사용했다. 이를 통해 성공적으로 합성된 화합물들은 합성 초기 p-형 특성을 보인 반면, 특정 조성으로 합성된 물질들의 경우 후-열처리 과정을 통해 결정구조가 변형되었으며 이와 함께 초기 p-형 특성이 n-형으로 전환되는 것을 발견했다.

 

그리고 무엇보다 이번 연구는 기존에 합성이 불가능하다고 알려져 있던 진틀계열 n-형 Ca5Al2Sb6 시리즈 화합물을 ‘우회로(bypass)’ 방법을 사용하여 성공적으로 합성한 최초의 연구결과라는데 그 의미가 있다. 

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