초록 ▼

□ 연구개요
열전 소재의 펠티에 효과와 제백 효과를 각각 활용한 두 가지 종류의 친환경 열전-자기열량 하이브리드 시스템을 개발하고 이를 에너지변환 디바이스에 적용하는 것을 최종목표로 하였다. 펠티에 하이브리드 시스템은 열전 소재의 펠티에 효과를 이용하여 기존의 자기열량 소재의 효율을 획기적으로 향상시킴으로써 궁극적으로 소형 냉각장치에 까지 활용할 수 있도록 하고 제벡 하이브리드 시스템은 자기열량 소재에서 발생되는 폐열을 열전 소재의 제백 효과를 이용하여 전기로 변환시킴으로써 친환경적으로 에너지 소비를 줄일 수 있는 에너지변환

□ 연구개요
열전 소재의 펠티에 효과와 제백 효과를 각각 활용한 두 가지 종류의 친환경 열전-자기열량 하이브리드 시스템을 개발하고 이를 에너지변환 디바이스에 적용하는 것을 최종목표로 하였다. 펠티에 하이브리드 시스템은 열전 소재의 펠티에 효과를 이용하여 기존의 자기열량 소재의 효율을 획기적으로 향상시킴으로써 궁극적으로 소형 냉각장치에 까지 활용할 수 있도록 하고 제벡 하이브리드 시스템은 자기열량 소재에서 발생되는 폐열을 열전 소재의 제백 효과를 이용하여 전기로 변환시킴으로써 친환경적으로 에너지 소비를 줄일 수 있는 에너지변환 디바이스를 구현하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 이론 및 계산연구를 통한 열전-자기열량 하이브리드 시스템 개발용 소재 후보물질 선별
• 사전조사를 통해 확인된 소재 후보물질에 대해 원자치환을 적용하여 다양한 이론적 구조모델을 디자인하였다.
• 구조모델들을 대상으로 DFT계산을 실시하여 이론적 연구에 기초한 고효율 소재 후보물질들을 선별하였다.
• 친환경적이고 상용화 시 제조단가를 낮출 수 있는 원소들을 우선적으로 적용하여 구조모델을 연구하였다.
2. 하이브리드 시스템 개발용 열전 소재 및 자기열량 소재 연구
• 고효율의 열전 소재 후보물질의 개발을 위해 복잡한 결정구조를 유도하거나 원자배열의 무질서도를 증가 시키는 방법으로 실험적 연구를 진행하였다.
• 자기열량 소재 후보물질의 효율성 향상을 위해 자기적 성질 강한 원소들을 사용하거나 d-밴드의 역할이 소재 효율에 영향을 줄 수 있는 전이금속들을 사용하여 합성을 진행하였다.
• 다양한 양이온과 음이온을 결정구조 내 도입함으로써 소재의 효율성을 극대화시키고 응용성을 향상시키는 방향으로 연구를 진행하였다.
3. 합성된 열전 소재와 자기열량 소재 후보물질의 전자구조 및 화학결합을 이해하기 위한 이론 및 계산연구
• 성공적으로 합성되어 결정구조가 확인된 소재들을 대상으로 DFT계산을 실시하여 전자구조 및 화학결합을 이해하고 이를 피드백 함으로써 소재들의 효율을 향상시키도록 노력 하였다.
• VASP계산을 실시하여 최적화된 결정구조를 확인하고 이를 다시 실험과정에 피드백 하여 열역학적으로 가장 안정한 화합물을 합성하도록 노력 하였다.
4. 다양한 열전 소재 및 자기 열량 소재 후보물질을 이용한 하이브리드 시스템의 개발 및 디바이스로의 적용
• 펠티에 하이브리드 시스템을 개발하고 물성을 최적화하도록 노력 하였다.
• 제벡 하이브리드 시스템을 개발하고 물성을 최적화되도록 노력 하였다.
• 각각의 하이브리드 시스템을 에너지변환 디바이스에 적용하고 효율을 최적화하도록 노력 하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
1. 열전 소재와 자기열량 소재를 융합한 하이브리드 시스템을 연구함으로써 개별 연구 분야에 대한 학문적 발전에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 자동차나 철강, 우주산업 등과 같은 에너지효율 증대가 필요한 산업에도 활용할 수 있을 것이라 예상된다.
2. 새로운 연구 분야를 개척함으로써 관련 신기술을 개발, 발전시켜 연구를 선도하고 관련 원천기술을 확보하여 관련 기술 및 소재를 특허로 출원 및 등록 하였다.
3. 국내·외의 하이브리드 시스템 개발 및 디바이스 제작과 관련된 학문적·기술적 인프라 구축이 가능하게 될 것이고 이를 통해 관련분야의 지속적인 연구를 위한 근본적인 연구기반이 확립하였다.
4. 에너지소재 관련분야에 대한 전문적인 지식과 기술 노하우를 습득한 전문 인력을 양성하여 학계와 산업계에 기여할 수 있게 될 것이라 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 가. 연차별 연구의 목표 및 내용 ... 5
• 나. 연차별 연구 성과 목표 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 가. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 나. 활용방안 및 기대성과 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 38