충북대 화학과 유태수 교수 연구팀, 미국화학회 Inorganic Chemistry 표지논문 선정
충북대 화학과 유태수 교수 연구팀, 미국화학회 Inorganic Chemistry 표지논문 선정
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논문 표지 사진. (제공: 충북대학교) ⓒ천지일보 2021.7.22
논문 표지 사진. (제공: 충북대학교) ⓒ천지일보 2021.7.22

[천지일보 충북=박주환 기자] 충북대학교 화학과 유태수 교수의 에너지전환소재 연구팀이 주도한 최근 연구결과가 지난 19일자로 발간된 ‘Inorganic Chemistry’의 2021년 60권 14호 표지 이미지 논문 중 하나로 게재됐다.

이번 논문은 화학과 사하연(석사 2년, 지도교수 유태수)씨가 제1저자로 참여했으며, 충북대 화학과 유태수 교수가 연구책임자, 서강대학교 옥강민 교수와 포항가속기연구소의 문도현 박사가 공동연구자로 참여했다.

유태수 교수 연구팀은 ‘p-Type Double Doping and the Diamond-like Morphology Shift of the Zintl Phase Thermoelectric Materials: The Ca11-xAxSb10-yGez System (A = Li, Na)’ (Ca11-xAxSb10-yGez (A = Li, Na) 시스템: 진틀상 열전 소재에 대한 p-형 이중 도핑과 다이아몬드-형 결정 성장과정 연구)’란 주제로 논문을 발표했다.

이 논문에서 주목하고 있는 Ca11-xAxSb10-yGez (A = Li, Ge) 시스템은 기존에 열전 소재로 알려진 Ca11Sb10에 양이온과 음이온으로 작용할 수 있는 두 가지 종류의 p-형 도펀트를 동시에 첨가함으로써 소재의 열전 성능을 향상했다. 이 과정에서 정육면체형태의 결정이 킴벌라이트-다이아몬드와 같은 결정 성장 과정을 거쳐 완전한 형태의 정팔면체결정으로 성장해 나가는 것을 확인했다.

이러한 결정 성장과정의 각 단계와 그 구조는 입자가속기를 활용한 X-ray 결정구조 분석을 통해 밝혀냈으며, 소재의 열전 성능향상과 그 원인은 DFT 계산을 활용한 전자구조 분석을 통해 설명됐다. 이를 통해 결정구조 내에 구조적 결함을 최소화하는 것이 결정성장을 향상시킬 수 있으며, 궁극적으로 물성을 향상시키는데 도움이 된다는 것임을 밝혀낼 수 있었다.

더 나아가 이러한 발견을 바탕으로 다른 구조적 결함을 갖는 다양한 종류의 열전소재에도 이와 같은 원자치환법을 적용해 결정 구조 내 결함의 비율을 낮추고 궁극적으로 열전 특성을 향상할 수 있는 보다 근본적인 블루프린트로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이와 같은 진틀계열 열전 소재는 소재에 가해지는 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 물질로써, 화력발전소나 공장, 자동차 등 다양한 열원으로부터 버려지는 폐열을 전기로 전환하여 재활용할 수 있게 해 주는 친환경 에너지 전환소재이며, 현재 전 세계적으로 매우 다양한 관련 연구가 진행되고 있다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(2018R1D1A1B07049249)과 BK21 Four 사업의 지원을 받아 수행됐으며, ‘Inorganic Chemistry’는 미국과학회(American Chemical Society, ACS)에서 발간하는 무기화학분야 최고 권위학술지다.

 


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