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개발동향 상세정보 게시판
분류 [친환경소재제품] 대체물질(소재)개발
과제명 고효율 열전소자를 위한 그래핀 옥사이드 복합소재 연구
연구기관 원광대학교
연구기간 2018.03.01.~2020.02.28.
연구비 60,000 천원
핵심키워드 열전소자, 유기복합소재, 전기전도도, 박막필름
요약

연구목적 및 필요성

 O 본 연구과제에서는 layer-by-layer(다층박막필름)방식을 이용하여 전도성 고분자 매트릭스 내에 나노카본 입자를 균일하고 정밀하게 적층시켜 고효율의 열전성질(파워팩터)을 갖는 고분자 복합소재를 제조하고 이를 분석하고자 하였음

 

연구 내용 및 범위

 O 본 연구에서는 layer-by-layer(다층박막필름)방식을 이용하여 고분자기지 내에 나노카본 입자(그래핀 옥사이드, 탄소나노튜브)를 균일하고 정밀하게 적층시켜 고효율의 열전성질을 가지는 고분자 복합소재를 제조하고 이를 분석하였음

 O 제조된 고분자/탄소 복합소재는 후처리 공정(열처리 혹은 화학적처리 과정)을 통해 복합소재의 전기 전도성과 제백지수를 극대화하였음

 O 순환 전압 전류법과 켈빈 탐침력 현미경을 이용하여 복합소재의 에너지밴드 구조를 분석하여 전기적 성질의 변화 메커니즘 규명

 O 그래핀 옥사이드로 구성된 고분자 복합소재에서 열적, 화학적 처리에 따른 열전지수(전기전도도, 제백지수, 파워팩터)의 상관관계를 규명하고 최적화된 후처리 공정을 통해 열전성능의 최대화

연구성과

연구결과

 O 이전 연구에서는 탄소나노재료로 그래핀과 탄소나노튜브에 국한되었음

 O 낮은 전기적 특성으로 인해 그래핀옥사이드 기반 열전소재에 대한 선행연구는 매우 적었음

 O 본 연구에서는 그래핀 옥사이드를 기반으로 고분자 복합소재의 열처리 및 친환경 물질을 통한 환원과정을 이용하여 높은 열전효율의 소재를 개발 및 그 메커니즘을 연구

 O 그래핀 옥사이드를 기반으로 고분자복합소재를 제작한 후 후처리 공정(저온의 열처리 혹은 ascorbic acid를 이용한 화학적처리)을 통해 열전소자의 효율 최대화

 O 열전지수 중 파워팩터를 p-타입의 열전소재의 경우 1200μW/m·K2, n-타입 열전소재의 경우 파워팩터 400μW/m·K2까지 높여 고효율의 열전디바이스 제작

 

활용계획

 O 본 연구는 산업 및 일상생활에서 발생하는 폐열(체온, 전자제품, 자동차 등)을 재생하여 에너지의 이용 효율을 극대화하고자 하였음

 O 향후 복합소재 분야에서 활발히 개발되고 산업적으로 파급효과가 큰 분야의 선행 연구로 새로운 열전변환 장치 개발을 위한 연구방향의 제시를 넘어 대체 에너지 분야에서 차세대 열전산업제품 개발을 위한 기초연구결과로 활용이 기대됨

 O 본 연구에서 사용된 layer-by-layer 방식은 고분자, 무기나노입자, 생체분자 등의 다양한 물질을 나노미터 수준으로 정밀하게 제어하여 다양한 스케일의 기능성 복합소재를 제작할 수 있는 나노박막적층 기술이므로, 기체/수분베리어박막, 난연제, 멤브레인 등의 많은 분야에 응용을 파생시킬수 있을 것으로 예상

 

주요성과

 O 일반 논문 5

 O 학술발표 7

 

상세내용 원문보고서 확인

첨부파일 고효율_열전소자를_위한_그래핀_옥사이드_복합소재_연구.pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2021-11-11

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