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[IT뉴스]“1만번 접어도 거뜬” 스펀지 같은 ‘탄소나노튜브’…고성능 웨어러블기기 만든다

온카뱅크관리자

2025-04-13 12:07:27

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 한국화학연구원 한미정·강영훈 박사팀 연구성과 
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 <img alt="이번 연구를 수행한 한국화학연구원 연구진. 박병욱(왼쪽부터) 선임연구원, 한미정 책임연구원, 강영훈 책임연구원, 배은진 연구원.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120028491romo.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="49XFjTHEth" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120028491romo.jpg" width="658">
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 이번 연구를 수행한 한국화학연구원 연구진. 박병욱(왼쪽부터) 선임연구원, 한미정 책임연구원, 강영훈 책임연구원, 배은진 연구원.[한국화학연구원 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 스펀지처럼 자유롭게 형태 변형이 가능한 탄소나노튜브 소재를 개발했다.
 한국화학연구원 한미정, 강영훈 박사팀은 탄소나노튜브, 비스무스–안티몬–텔루라이드(BiSbTe)를 다공성 폼 형태로 결합해 열전 성능을 극대화한 유연 열전 발전기를 개발했다고 13일 밝혔다.
 일반적으로 열전소재는 금속 기반의 무기물로 제작되지만, 연구팀은 유기물인 탄소나노튜브를 활용하여 열전소재를 개발해왔다. 금속 기반 열전소재는 성능이 높은 반면 유연성이 높지 않다. 반대로 기존 탄소나노튜브 열전소재는 흐물흐물한 특성으로 인해 형태 변형은 쉬우나, 열전 성능이 낮고 기계적 내구성이 부족하다는 한계가 있었다.
 연구팀은 유연한 특성은 유지하되, 낮은 성능 한계를 극복하기 위해 탄소나노튜브를 부피감 있는 구조로 제작하는 독자적 기술을 개발했다.
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 <img alt="연구진이 개발한 탄소나노튜브 기반 열전 소재, 다양한 모양의 열전 소재 제작, 유리관에 부착된 열전 발전기.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120028806aopv.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="8sK4vubYYC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120028806aopv.jpg" width="658">
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 연구진이 개발한 탄소나노튜브 기반 열전 소재, 다양한 모양의 열전 소재 제작, 유리관에 부착된 열전 발전기.[한국화학연구원 제공]
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 기존 유기 열전 소재는 액체를 얇게 굳힌 필름 형태로 만든다. 연구팀은 기존과 달리 다양한 모양의 틀에 재료 분말을 채우고 열을 가하면 몇 시간 뒤 스펀지처럼 굳어지는 방식을 사용했다. 동시에 열전 소재 물질을 내부 구멍에 균일하게 분포시키는 기술을 적용했다.
 이를 통해 소재의 형태를 고정하자, 필름 형태에 비해 기계적 내구성을 높임과 동시에 열전 성능도 극대화할 수 있었다. 불규칙한 구멍의 뼈대는 오리털처럼 열의 이동을 가로막아주고, 열 이동이 느려지면 뜨겁고 차가운 부위별 온도 차이가 유지되어 발전이 잘 되기 때문이다.
 실험 결과, CNT/BiSbTe 폼의 열전 성능 지수는 기존 CNT 폼보다 5.7배 향상된 7.8 × 10⁻³을 기록했다. 그리고 이번에 개발한 열전 발전기를 유리관에 붙인 후 온수와 냉수를 번갈아 넣는 실험도 했는데, 온도 차이가 21.8도(K, 켈빈) 날 때 15.7마이크로와트(µW)의 전력을 생산하며, 저전력 온도 센서를 작동시킬 수 있음을 보여줬다.
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 <img alt="이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘카본 에너지’ 후표면 표지.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120029149ymiv.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="tIDTRwIiXa" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/13/ned/20250413120029149ymiv.jpg" width="658">
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 이번 연구성과가 게재된 국제학술지 ‘카본 에너지’ 후표면 표지.[한국화학연구원 제공]
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 또한 10000회 이상의 반복 굽힘 테스트에서도 성능 저하가 거의 없는 내구성을 확인했다. 특히 이번 제조 공정은 기존 탄소나노튜브 제작 방식이 3일 이상 소요되는 것과 비교해 단 4시간만에 고성능 열전소재를 제작할 수 있어 높은 생산성을 갖춘 것이 특징이다.
 연구팀은 향후 이 소재의 열전 성능을 더욱 개선하기 위해 도핑 공정을 활용한 연구를 진행할 계획이다. 이를 통해 2030년경에는 상용화가 가능할 것으로 예상된다. 앞으로 탄소나노튜브 내부에 다양한 열 제어 소재를 추가해 배터리 발열 문제 해결, 인공지능 데이터센터 냉각 시스템, 겨울철 온도 유지 장치 등 새로운 응용 분야로 확대할 계획이다.
 연구진은 “이번 연구는 기존 열전 발전 소재의 한계를 극복하고 유연한 에너지 하베스팅 기술을 발전시키는 중요한 성과”라고 말했다.
 이번 연구성과는 국제학술지 ‘탄소 에너지’에 1월 후면 표지 논문으로 게재됐다.
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