신기술: 체열을 이용하여 웨어러블 기기에 전력을 공급하는 초박막

      유연한 열전 필름 기술의 새로운 진전은 차세대 웨어러블 기기와 냉각 솔루션에 길을 열어줄 수 있다.퀸즐랜드과학기술대학 (QUT) 의 연구원들은 유연성, 제조가능성, 성능면에서 장기간 해결해온 난제를 해결하는 유연성박막을 창조해냈다.

호주 연구진은 인체의 열을 이용해 웨어러블 기기에 전력을 공급할 수 있는 초박형 플렉시블 필름을 설계해 배터리 수요를 없앴다.이 기술은 스마트폰과 컴퓨터의 전자칩도 냉각시킬 수 있어 수년간 꾸준히 발전해 온 이 분야에서 중대한 진전을 이뤘다는 것을 의미한다.이 돌파구는 에너지 수집과 열 관리에 전념하는 전 세계 연구진의 기초적인 작업 위에 세워졌다.

오랫동안 온도차를 전기에너지로 바꿀 수 있는 열전기는 웨어러블 전자기기가 추구해 왔다.그러나 유연하고 효율적이며 상업적으로 실행 가능한 버전을 만드는 것은 매우 어렵다.제한된 유연성, 복잡한 제조 공정, 높은 비용과 부족한 성능은 웨어러블 전자 장비와 고급 냉각 응용 프로그램에서 유연한 무기 열전 반도체 부품의 규모화와 상업화의 장애물이었다.

퀸즐랜드과학기술대학의 진지강 교수와 그 팀은 이미 이런 난제들을 해결한것 같다.이들의 연구 성과는 사이언스지에 발표돼 유연한 열전 박막을 생산하는 고성가비 기술을 소개했다.혁신의 관건은 미소결정이나"나노접착제"를 사용하여 일치된 텔루륨화 비스무트박막을 형성함으로써 효률과 신축성을 높이는데 있다.

연구팀의 방법은 용열합성, 실크스크린 인쇄, 소결 기술을 통합했다.용열합성은 고온의 고압에서 용제에서 나노 결정체를 생성하는 것이고, 실크스크린 인쇄는 박막을 대규모로 생산할 수 있다.소결 과정은 박막을 용해점에 가깝게 가열하여 입자를 효과적으로 접착시킨다.

이로 인해 발생하는 인쇄 가능 필름은 고취향 결정 입자인 Bi₂Te 나노판과 나노 접착제인 Te 나노봉으로 구성된다.유연한 열전기 설비로 조립할 때, 박막의 출력 밀도는 실크스크린 인쇄 설비 중에서 상위권이다.

퀸즐랜드 과학기술대학 팀의 방법은 비스무트 텔륨 화학물질에 기반한 열전기 기술에 국한되지 않는다.이 연구의 첫 번째 저자 인 Wenyi Chen (Wenyi Chen) 은 그들의 기술이 더 저렴하고 지속 가능한 셀레늄화 은 열전 시스템과 같은 다른 시스템에도 사용될 수 있다고 지적했다.

이 기술은 일련의 잠재적인 응용 분야를 개척했다.진 교수는 "유연성 열전 설비는 피부에 편안하게 착용할 수 있어 인체와 주변 공기 사이의 온도 차를 전기에너지로 바꾸는 데 효과적"이라고 말했다.

이 필름은 웨어러블 전자 기기에 전력을 공급하는 것 외에도 개인 열 관리에도 사용할 수 있다.예를 들어, 유연한 열전 설비를 방직품에 통합하여 스마트 의류에 새로운 가능성을 열어주었는데, 이러한 설비는 추운 환경에 자체 전력을 공급하는 가열 의류를 만드는 데 사용될 수 있다.

초기 연구에 따르면 유연한 열전 반도체 부품은 각 분야의 에너지 수집과 열 관리에 혁신적인 솔루션을 제공 할 수 있습니다.자동차 업계에서 플렉시블 열전 부품은 자동차에 통합되어 자동차 내부와 외부의 온도 차를 이용하여 자동 운전의 배터리 면제 거리 감지 센서에 전원을 공급할 수 있다.이러한 장비는 또한 배기 파이프 및 기타 발열 부품에서 에너지를 얻을 수 있으므로 연료 효율성을 높이고 배출량을 줄일 수 있습니다.

의료 분야도 이 기술에서 적지 않은 이익을 얻을 수 있다.플렉시블 열전 설비는 체열을 이용하여 이식식 의료 설비에 전력을 공급할 수 있어 배터리를 교체할 필요가 없어 합병증 위험을 줄일 수 있다.이밖에 유연성열전장비는 또 련속적이고 창조가 없는 체온감시측정시스템을 실현하여 건강감시측정에 귀중한 수치를 제공할수 있다.

더 큰 범위에서 유연성 열전 설비는 인프라에서 폐열을 수집할 가능성이 있다.파이프, 기계 또는 건설 부품의 구부러진 표면에 접합하여 이전에 개발되지 않은 열원을 사용하여 전기를 생산함으로써 건설 및 산업 프로세스의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있습니다.