29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
나노리본 기술로 폐열을 전력으로 전환 - 열전소자의 성능 향상
첨단 재료 과학에서는 전자, 열 관리, 특히 열전 소재를 비롯한 다양한 응용 분야에서 세라믹 복합재의 성능을 최적화하기 위해 나노 단위의 정밀한 구조 공학이 매우 중요합니다. 이 분야의 근본적인 과제는 방향 특성과 기능 효율을 최적화하는 제어된 비대칭 구조를 만드는 것입니다.
최근 미국 세라믹 학회지에 발표된 공동 연구인 "코발타이트 나트륨과 코발타이트 칼슘 나노리본을 통한 세라믹 복합체의 비대칭 구조화"는 이 문제를 극복하기 위한 중요한 진전을 보여줍니다. 독일 하노버 라이프니츠 대학교 물리화학 및 전기화학 연구소와 이스라엘 하이파 테크니온-이스라엘 공과대학의 울프슨 화학공학부 연구진은 공동 전기방사라는 혁신적인 제조 방법을 사용했습니다. 이 첨단 전기방사 방식을 통해 코발트산나트륨(NaCo₂O₄)과 코발트산칼슘(Ca₃Co₄O₉)으로 구성된 복합 나노리본을 정밀하게 제조할 수 있었습니다. 이 접근 방식을 통해 세라믹 미세 구조와 텍스처를 정확하게 제어하여 열전 성능을 개선하기 위해 특별히 맞춤화된 소재를 만들 수 있었습니다.
NETZSCH DSC 및 LFA를 사용한 고급 특성화: 열전 성능의 핵심
저희 연구소( NETZSCH 분석 및 테스트)는 이 연구에 필수적인 전문 열 분석에 기여했습니다. 특히 평면 내 및 평면 외 열전도도(λ)는 NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash 을 사용하여 측정한 열확산도와 NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® 로 얻은 비열용량 값을 기반으로 정확하게 결정되었습니다.
이러한 측정은 복합재의 열 거동에 대한 종합적인 평가에 기여했습니다.
이 연구는 1073K에서 9.9μW/cm²K²의 역률과 0.49의 ZT 값으로 향상된 열전 성능을 입증했으며, 이는 이전에 보고된 유사한 코발트타이트 기반 소재의 값을 능가하는 수치입니다. 이러한 개선은 나노 구조 복합체 내에서 최적화된 전하 캐리어 특성으로 인한 전기 전도도 증가와 관련이 있습니다.
이 연구는 학술 기관과 전문 분석 실험실 간의 효과적인 협력이 세라믹 재료 기술의 발전을 가속화할 수 있음을 보여줍니다.
감사
독일 하노버 라이프니츠 대학교 물리화학 및 전기화학 연구소, 테크니온-이스라엘 공과대학(이스라엘 하이파)의 울프슨 화학공학과 및 낸시 & 스테판 그랜드 테크니온 에너지 프로그램(GTEP)의 공동 연구 공헌에 감사드립니다. 열 분석 분야의 전문 지식과 첨단 기기를 제공하여 이 연구를 지원하게 된 것을 자랑스럽게 생각합니다.
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