고기능성 열전반도체 국내 첫 개발

톱

열에너지를 전기에너지로 바꿔주거나 전기에너지를 열에너지로 직접 변환시킬 수 있는 고기능성 열전반도체가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

충남대 급속응고신소재연구센터 천병선 교수팀(금속공학과)은 1일 우수연구센터 연구사업의 하나로 지난 93년부터 총 1억5000만원의 연구비를 투입, 기존 공정 및 특성을 획기적으로 개선한 급속응고 열전반도체의 양산공정을 국내에서 처음으로 개발하는 데 성공했다고 발표했다.

연구팀이 개발한 열전반도체는 기존 철(Fe)-규소(Si)계열 및 비스무스(Bi)-텔륨(Te) 등 기존 금속류는 물론 가격이 저렴하고 성능이 우수한 망간-규소계의 금속류까지도 재료로 사용해 산업에 적용할 수 있으며, 제조공정 역시 기존 주조법이나 기계적 절삭가공법 등에 비해 재료손실이 적고 가공시간을 절약할 수 있어 자동으로 대량생산이 가능하다.

연구팀은 이와 관련, 독자적인 압출 및 단조가공기술을 확보해 세계 처음으로 분말재료를 이용, 열전반도체 재료의 대량제조 및 소성가공에 성공했다.

지금까지는 급속응고기술 부족으로 일방향결정응고법이나 주조법 등으로 사용해왔다.

특히 기존 방법을 이용할 경우 방향성 및 합금원소의 고유특성 때문에 12㎏/㎟의 강도에 견딜 수 있었으나 이번 급속응고분말법 및 열간압출, 단조기술을 이용할 경우 최대 30㎏/㎟의 고강도에도 견딜 수 있고 열전효율이 기존 제품에 비해 2배 이상 높아 자동차 에어컨 및 가정용 냉장고 냉매압축기(컴프레서) 등에 적용할 수 있다.

연구팀은 이 방법을 사용해 양산할 경우 일본 제품에 비해 가격을 50% 이상 낮출 수 있다고 밝혔다.

열전기술은 열전온도 200도 이하 비스무스(Bi)계열의 저온용 및 열전온도 200∼500도의 납(Pb)계열의 중온용의 경우 군사·가전·의료 분야 등에 응용되고 있으며, 고온용은 반도체디바이스제조·항공·우주산업에 적용할 경우 고정밀 온도제어시스템과 에너지 절약형 무공해 발전시스템 등에 적용할 수 있다.

연구팀은 이 제조기술을 중소기업인 인천의 부양산업과 대전에 있는 대광전자에 각각 이전해 현재 산업화를 추진중이다.

열전반도체의 국내 수요는 올해에만 약 2000억원에 이르고 있으나 써모텍·청호나이스 등 관련업계는 그동안 미국 마로·멜로코사 등으로부터 재료를 수입해 냉온정수기 및 에어컨 등에 사용해왔다.

천병선 교수는 『열전반도체의 경우 가전·군사·의료기기부품 이외에 우주망원경카메라, 휴대형발전기, 무전원팬히터, 고성능 PC, 각종 통신기기 및 계측기의 냉각·항온시스템, 무공해 전원공급장치, 자동차, 폐열을 이용한 열발전시스템 등 응용범위가 무한하다』고 말하고 『오는 2005년에는 국내 수요가 약 2조원, 세계 시장이 20조원 이상 될 것』으로 전망했다.

<정창훈기자 chjung@etnews.co.kr>