• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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• pp.7.1-7.1
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• 2009

세계 어디에서나 에너지의 수요가 급속히 증가하고 있는 반면, 인류가 사용 가능한 에너지 자원은 그 한계가 보이고 있다. 더욱이지구 온난화 현상이 표면화되어 있는 현 시점에서 인류의 사회활동은 환경문제와 밀접하게 연관되어져서 생각해야 한다는 것이 지구라는 close system 에서는 명확하다. 한정된 에너지 자원을 유용하게 사용하여 인류 미래의 삶을 보다 윤택하게 유지하기 위하여서는 사용목적에 맞는 최적의 에너지 형태로 효율 좋게 변환하는 것은 무엇보다도 중요하다. 열전기술은 원래우주개발 및 군사관계에 우선적으로 사용된 기술로써, 냉전시대의 미국과 소련이 개발경쟁을 한 바 있다. 열을 전기로 바꾸는 열전발전과 전기를 열로 바꾸는 냉동 보온의 양면으로부터 우주 탐사기에 탑재된 발전기, 잠수함용 냉난방장치, 비상용 전원, 자동차용 전원 등 가지각색의 system 이 고안되었다. 냉전시대가 끝나고 우주 군사 관계의 기술이 외부로 확산되게 되었으나 열전분야에서는 변환효율이 크지 않다는 단점으로 인해 민생부분으로 즉각적으로 전이할 수없는 어려운 점이 내재해 있었다. 에너지 및 환경의 문제가 심각히 대두되고 있는 오늘날에 이르러서야재료 및 그 응용에 대한 연구가 다시 붐을 이루어 활발히 진행되고 있다. 본 발표에서는 열전소재의 효율을 높이기 위한 고차나노구조 제어기술 및 그것을 이용한 최근의 연구결과들을 소개한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.50-50
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• 2010

Seebeck 효과를 이용한 열발전 소자는 에너지 절약에 대한 사회적인 필요성이 크게 대두됨에 따라 산업폐열 등 저급의 열에너지를 이용한 발전과 무인 작동이 가능하다는 점에서 군사 의료용 및 인공위성의 보조전원의 특수 목적용 전원등으로 사용하고 있다. 또한 Peltier 효과를 이용한 열전냉각 소자는 전자 광학기의 냉각 및 항온유지 등에 이용되고 있다. 이러한 열전소자 중 Bismuth Telluride계 열전소자는 상온부근에서 작동효율이 우수한 것으로, 단결정 또는 소결재를 이용하고 있다. 박막형 열전재료 및 이를 이용한 열전박막소자의 제조와 특성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Bi-Te계 열전박막을 기상 증착법으로 제조하였고, 이에 사용되는 다양한 전구체 ($Bi(Me)_3$, $Bi(Et)_3$, $Te(iPr)_2$, $Te(Et)_2$, $Te(t-Bu)_2$)에 대한 증기압, 순도 측정 및 기상 분해특성 평가를 진행하였다. 전구체의 증기압 및 순도 측정을 위해선 자체적으로 제작한 시스템을 활용하였고, 기상 분해특성 평가를 위해선 특별히 제작된 플라즈마 열처리 모듈을 활용하였다. 이러한 연구는 열전박막소자의 제조를 위한 전구체의 선별조건을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.716-720
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• 2021

본 연구에서는 태양광소자와 열전소자로 이루어진 에너지 융합 발전소자에 쿨링패치를 적용하고 에너지 융합 발전소자의 성능을 조사하였다. 쿨링패치를 열전소자의 뒷면에 부착하였을 때, 에너지 융합 발전소자의 상층에 위치한 태양광소자의 온도가 저하되고 열전소자 양단의 온도차는 증가되었다. 태양광 복사 조도를 200 W/m²부터 1000 W/m²까지 증가시키면서 에너지 융합 발전소자의 성능을 측정해본 결과, 쿨링패치는 태양광의 조도가 증가할수록 에너지 융합 발전소자의 성능 향상에 효과적이었고 1000 W/m²에서는 42.1 mW까지 융합소자의 최대 출력 전력이 증가하였다. 본 연구에서는 쿨링패치를 에너지 융합 발전소자에 부착함으로써 에너지 융합 발전소자의 출력 전력이 27% 이상으로 증가하는 것을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권5호
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• pp.583-592
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• 2016

해상에서는 UN산하 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)는 선박에서 배출하는 $CO_2$량을 2030년까지 30 %까지 줄이는 것을 목표로 설정하고 있다. 본 연구는 이러한 상황에 대응하고 친환경기술의 개발을 목표로 선박용 내연기관에서의 폐열을 이용하는 열전발전시스템 개발에 최종목표를 두고, 본 논문에서는 선박용 열전발전시스템 개발에 앞서 기초 열해석을 실시하고 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 열전발전시스템의 효율향상에 관한 유효한 방법을 얻어 낼 수 있었다. 1) 고온측 열원과 모듈간 온도차를 줄여 모듈의 온도차를 늘리는 것으로 열전발전시스템의 효율이 8.917 %로 향상되는 것을 알 수 있었다. 2) 외부부하저항의 변화에 따른 시스템 효율은 약 6 %로 그 변화폭이 크게 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 3) 동일 계산 조건에서 방형관의 재질이 스테인레스인 경우의 시스템 효율이 8.707 %로 두랄루민(8.605 %), 동(8.607 %)보다 높을 것을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.382.1-382.1
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• 2016

비등 열전달 시스템은 각종 발전 시스템, 열교환기, 냉방 및 냉동 시스템과 같이 다양한 산업에서 이용되며 매우 중요시 되고 있다. 또한 비등 열전달 시스템에서의 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 및 안정성을 나타내는 중요한 인자이다. 따라서 비등 열전달 시스템의 성능을 높이기 위해 임계 열유속을 향상시키려는 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 최근에는 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 임계 열유속을 크게 향상 시킬 수 있다고 보고되었다. 하지만 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 현상을 유발하며 열전달 시스템의 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 그래핀 나노유체의 파울링 현상에 따른 열적 특성을 분석해 보았다. 그 결과 산화 처리된 그래핀 나노 파울링은 유속과 파울링을 위한 코팅시간이 증가할수록 산화 처리된 그래핀 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 임계 열유속은 증가하나 비등 열전달 표면의 온도가 크게 증가하고 있음을 확인하였다. 그리고 열전달 계수는 유동이 없는 순수 물 비등 열전달 계수와 비교하여 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.695-695
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• 2013

양단간의 온도차를 이용한 열전 발전 및 펠티어 효과를 이용한 열전냉각 소자는 전기와 열의 직접적인 변환으로 활용도가 높아 차세대 에너지 연구 분야로 각광 받고 있다. 열전 소자의 성능 척도는 성능지수 Z (Figure of Merit)로 나타내며, Seebeck 계수 및 전기전도도, 열전도도의 관계로 주어지게 되고 재료의 물성치가 소자의 성능에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, 열전재료의 성능을 높이는 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 최근 에너지 밴드 구조를 조절하여 Seebeck계수의 향상을 시도하는 연구가 많이 진행되고 있다. 이는 페르미 레벨근처에 도핑 된 원자들이 Density of states에 추가로 준위를 형성하여 Seebeck 계수 향상을 가능하게 한다. 본 연구에서는 상온용 열전 물질인 $Bi_2Te_3$에 Iodine 도핑을 통한 열전 성능 변화를 고찰하고자 한다. $Bi_2Te_3$는 유기금속 화합물 증착 방법으로 성장하였고 기판으로 $4^{\circ}$기울어진 GaAs를 사용 하였다. 전기적 특성은 Seebeck 측정 및 Van der Pauw법에 의한 Hall measurement 방법으로 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.112-112
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• 2016

열전 발전은 버려지는 폐열을 재사용 가능한 에너지로 전환할 수 있다는 점에서 차세대 청정 에너지원으로 분류되며, 19세기 초 발견된 이래 꾸준히 연구되어온 연구 분야이다. 특히 1990년대 열전소재로의 나노 기술의 접목에 따라 열전성능(figure of merit, ZT)이 2 배 이상 증가 되면서, 고성능의 열전 소재 개발을 위해 나노구조화 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 기존의 열전 특성 측정용 상용 장비의 경우, 벌크형 소재를 대상으로 설계되어 연구실 수준에서 개발되고 있는 마이크로미터 스케일의 두께를 가지는 박막형 열전 소재의 두께 방향 (cross-plane)의 열전 특성을 평가하는데 정밀성이 떨어져서 적합하지 않다. 이러한 표준화된 측정 기술의 부재로 인하여 최근 연구되고 있는 나노소재들의 열전 특성 측정 결과를 정확하게 측정하지 못하고 있다 [1] 본 연구에서는 박막형 열전 소재의 열전성능을 평가하는데 가장 중요한 요소인 열전도도를 측정하기 위해 장비를 설계하고, 장비의 측정 능력에 대해 평가하였다. 특히, 측정 포인트 간 큰 온도 차가 발생하여 비교적 쉽게 측정이 가능한 너비 방향 (in-plane) 이 아닌, 온도 차가 작은 박막의 두께 방향의 열전도도를 측정하였다. 그리고 센서의 측정 능력을 평가하기 위해, 폴리이미드를 대상으로 $-10-70^{\circ}C$ 온도 범위에서 측정한 결과와 벌크형 소재 대상으로 신뢰성이 확보된 보호열판법을 이용해 측정한 결과를 비교하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2013년도 추계학술대회
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• pp.854-855
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• 2013

최근 국내 전력공급 문제에 따라 다양한 에너지절감형 기술과 제품이 연구되고 있다. 특히 국내 기준 전체 전력 소비량의 약 20%를 차지하는 조명분야에서는 기존 조명을 대체할 친환경, 고효율 LED 조명에 대한 기술이 대두되고 있다. LED 조명은 원리의 특성상 광효율과 비례하여 LED 접합부 온도가 상승하며 이는 광효율과 수명을 저하시킨다. 이에 다양한 방열기술이 LED 조명기술의 핵심이라 할 수 있다. 본 논문에서는 LED 모듈 접합부의 발열을 열전소자를 활용하여 열전발전 함으로써 에너지를 절감하고, 열회수를 통한 방열효과를 제공 하는 LED 조명을 제안한다.

• 공업화학
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• 제27권4호
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• pp.353-357
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• 2016

인구 증가와 문명 발전에 따른 에너지 고소비형 사회로 진행됨에 따라 기존에 사용하던 에너지원의 고효율화 방안이 강구되고 있다. 이 중 열에너지 고효율화 방안으로 열전발전 기술이 주목을 받고 있다. 현재 열전발전 분야는 나노기술 등이 발전함에 따라 폐열회수 분야 등에서 충분한 경쟁력을 가질 수 있는 ZT > 2를 도달하였고, 더 높은 효율을 갖는 소재 개발 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 진행되고 있는 온도영역별 열전발전 소재 개발 및 모듈기술에 대해 간략히 소개하고자 한다.

• 기계저널
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• 제56권2호
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• pp.51-55
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• 2016

이 글에서는 웨어러블 디바이스용 유연열전소자의 연구그룹별 연구 현황과 소자의 발전성능에 대해 소개하고자 한다.