UNIST(총장 이용훈)는 김봉수 화학과 교수, 김종현 아주대(총장 최기주) 교수 공동 연구팀이 고분자 열전소재의 분자량을 늘리는 방법으로 전기전도도를 개선한 열전소재 필름을 만들었다고 12일 밝혔다.

열전소재는 소재 안과 밖에 온도차(열)가 생기면 전하가 흐르는 힘이 생기며 온도차가 크고 전하가 잘 흐를수록 열전발전이 잘된다. 이는 마치 수력발전에서 낙차(폭포 높이)가 크고 물이 많이 흐를수록 생산 전력량이 많은 원리와 흡사하다. 기존 고분자 열전소재는 온도차를 크게 유지할 수 있긴 하지만 전하가 잘 흐르지 않아 상용화에 어려움이 따랐다.

이에 공동 연구팀은 기존의 필름 형태 열전소재가 첨가제(도핑제) 때문에 필름의 결정성이 떨어지는 문제점을  분자량을 늘리는 방법을 통해 해결했다. 결정성은 고분자 사슬들이 규칙적으로 배열된 성질로, 결정성이 높은 고분자 필름은 전하가 잘 통한다. 첨가제는 고분자 사슬 사이로 침투해 결정성을 떨어뜨리는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 "분자량이 큰 고분자 열전소재(PDFD-T) 필름은 분자량이 작은 열전소재보다 10배 이상 전기전도도가 향상됐다"고 밝혔다. 이어 "열전소재가 생산할 수 있는 전력량을 직접적으로 가늠할 수 있는 지표인 파워팩터도 기존 소재보다 2배 이상 뛰어났다"고 설명했다.

김봉수 교수는"고분자의 분자량이 열전 성능에 미치는 영향을 최초로 밝혀냈다는 점에서 의미가 크다"며 "전기전도도를 개선할 수 있는 새로운 고분자 열전소재 설계 전략을 제시한 연구"라고 이번 연구를 정의했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)' 학술지에 발표돼 정식 출판을 앞두고 있다.