이태윤, 이규형 교수팀, 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 기반 신축성 열전 섬유 개발

이태윤, 이규형 교수팀, 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 기반 신축성 열전 섬유 개발

무기 열전 소재의 나노 입자화 및 이의 웨어러블 플랫폼 적용

‘Advanced Functional Materials (IF=19.924)’ Front Cover 논문으로 게재

[사진. (왼쪽부터) 이태윤 교수, 이규형 교수, Front Cover 이미지]

공과대학 전기전자공학과 이태윤 교수 연구팀과 신소재공학과 이규형 교수 연구팀은 무기 이원계 열전 물질인 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3) 기반 신축성 열전 섬유를 개발했다. 이 연구는 단단한 특성을 가지는 무기 열전 물질을 신축성이 있는 플랫폼에 적용했다는 점에서 의의가 있다.

신축성을 가지는 섬유형 전자 장치는 웨어러블 디바이스의 중요한 요소로 떠오르고 있다. 이에 따라 열전 소자도 다양한 유/무기 재료를 유연한 플랫폼 위에 적용하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 그러나 무기 이원계 열전 물질을 신축성 있는 섬유에 적용하는 것은 여전히 한계가 있었다.

이태윤, 이규형 교수 연구팀은 기존 문제를 극복하여 Bi2Te3 나노입자를 섬유에 합성시켜 신축성이 있는 열전 섬유를 개발했다. Bi2Te3 열전 섬유는 10,000회의 인장과 압축 반복 사이클 후에도 안정적인 전기적 신뢰성을 보여줬다. 우수한 전기적 내구성은 섬유 구조 내에 형성된 견고한 Bi2Te3 나노입자 네트워크에서 기인한다.

또한 연구팀에서 개발한 Bi2Te3 열전 섬유는 인장 하에서 음 피에조 저항(Negative piezoresistance)을 보이는데, 이는 Bi2Te3 나노 입자 밴드갭이 인장 하에서 변화하기 때문이다.

특히 본 연구에서 Bi2Te3 열전 섬유가 상온에서 –83.79 μVK-1의 우수한 제백 계수 (Seebeck coefficient)를 보이는 것이 특징이다. 연구팀은 3×3 Bi2Te3 열전 섬유 어레이를 구성하여 온도와 압력을 실시간으로 구별하는 통합 센싱 시스템을 개발했다.

[논문 대표 그림]

제 1저자인 권채빈 연구원은 “신축성 있는 Bi2Te3 열전 섬유 개발로 무기 열전 물질의 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.”고 전했다.

본 연구는 과학기술정보통신부 “범부처전주기의료기기연구개발사업“과 한국연구재단 “대학중점연구소지원사업”의 지원을 받아 진행됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 재료 및 나노소재 분야 세계 최상위 저널인 Advanced Functional Materials (IF=19.924)에 Front Cover 논문으로 게재되었다.