체온으로 웨어러블기기 전원 공급 실마리..새 열전소자 개발

KIST·서울대 연구진 '탄소나노튜브'로 제작

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 국내 연구진이 열에너지를 전기에너지로 바꾸는 열전(熱電·thermoelectric)소자를 실과 유사한 형태로 만들었다. 이 소자는 유연하면서도 가벼워 앞으로 스마트밴드 등 웨어러블기기의 전원 공급원으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광전하이브리드연구센터의 김희숙·최재유 박사팀이 박종래 서울대 재료공학부 교수팀과 공동으로 '탄소나노튜브'(CNT)를 재료로 이런 열전소자를 제작했다고 20일 밝혔다.

현재 상용화된 열전소자는 재료로 무기 반도체를 쓰기에 무겁고 유연하지 않아 웨어러블기기에 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 탄소 원자가 벌집 모양으로 연결돼 '원기둥' 구조를 이룬 소재인 신소재 탄소나노튜브(CNT)를 이용해 열전소자를 개발키로 했다.

연구진은 우선 지름이 5nm(나노미터·1nm=10억분의 1m)인 탄소나노튜브 수천 가닥을 꼬아서 실 형태로 제작하고, 반도체 같은 특성을 갖도록 도핑했다.

성능을 확인한 결과, 이 소자는 5℃ 차이에서 1g당 10.85㎼(마이크로와트)의 전기에너지를 생산했다. 이는 현재 보고된 유연 재료 기반 열전소자 중 최고 수준이다.

실모양 열전소자로 만든 구조체를 사람의 팔에 붙인 모습. [KIST제공]

김희숙 박사는 "탄소나노튜브 실을 이용한 열전소자는 가볍고, 기계적 성질이 뛰어나며 높은 열전발전 성능을 보인다"며 "이를 활용하면 앞으로 체온을 이용해 웨어러블기기에 직접 전기를 공급하는 일이 가능케 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 KIST 기관고유사업, 국가과학기술연구회 R&D 컨버젼스 프로그램의 지원으로 수행했으며 연구 결과는 지난 8월 23일 미국화학회(ACS)가 발간하는 국제학술지 'ACS 나노(Nano)'에 실렸다.

탄소나노튜브 실을 이용한 열전소자 제작 과정 [KIST 제공]

sun@yna.co.kr

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