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연구 분야
기술 도입 효과 및 상용화 단계
경제적/시장 적용 및 기대 효과
산업 폐열 회수 및 지속가능한 에너지 솔루션에 대한 전 세계적 관심이 높아짐에 따라, 열전 기술은 기업의 ESG 경영 강화 및 탄소 배출 규제 대응에 효과적인 수단이 될 수 있습니다. 이는 새로운 비즈니스 기회 창출과 기업 경쟁력 강화로 이어질 것입니다.
첨단 세라믹 시장은 2024년 121.6억 달러에서 2029년 162.7억 달러로 연평균 6.0%의 성장이 예상됩니다. 특히 전기차, 전자, 항공우주 등 고성장 산업에서의 수요가 높아, 본 기술 도입 시 관련 시장을 선점하고 높은 부가가치를 창출할 수 있습니다.
전기·전자 부문은 첨단 세라믹 및 소재 시장의 56% 이상을 차지하는 가장 큰 시장입니다. 본 기술을 통해 고성능·고부가가치 전자 부품 시장에 진입하여 높은 시장 점유율을 확보하고, 혁신적인 제품 포트폴리오를 구축할 수 있을 것으로 기대됩니다.
연구실에서 최근에 진행되고 있는 관심 연구 분야
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열전재료: 에너지 변환 및 열관리 혁신
열전재료는 온도 구배를 전기 에너지로 변환하거나, 전기 에너지를 이용해 냉각을 실현하는 고유의 특성을 지닌 첨단 소재입니다. 본 연구실에서는 Bi2Te3, Sb2Te3, SnSe, Mg3Sb2, ZnSb 등 다양한 열전재료의 합성, 구조 제어, 밴드 엔지니어링을 통해 열전 성능(zT)의 극대화를 목표로 하고 있습니다. 특히, 밴드 수렴, 밴드 갭 조절, 캐리어 농도 최적화, 나노구조화, 다중 결함 도입 등 다양한 전략을 적용하여 전기적 및 열적 수송 특성을 동시에 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 전통적인 Bi2Te3 기반 재료뿐만 아니라, 환경친화적이고 희소금속 사용을 최소화한 신소재 개발에도 집중하고 있습니다. 예를 들어, SnTe, InSe, MoSe2, YbCd2Sb2 등 다양한 소재 시스템에서 도핑, 합금화, 나노입자 삽입, 다중 밴드 구조 제어를 통해 전기전도도와 Seebeck 계수의 동시 향상 및 격자 열전도도 저감을 실현하고 있습니다. 또한, 실험적 데이터와 이론적 모델(SPB, TB, Debye-Callaway 등)을 결합하여 소재의 근본적인 수송 메커니즘을 규명하고, 최적의 조성 및 구조 설계를 위한 가이드라인을 제시합니다. 이러한 연구는 폐열 회수, 친환경 냉각, 웨어러블 에너지 하베스팅, 우주 및 자동차용 열전 발전 등 다양한 응용 분야에 직접적으로 기여할 수 있습니다. 본 연구실은 소재 합성에서부터 소자 제작, 실제 응용까지 전주기적 연구를 수행하며, 국내외 유수 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실용화 가능성도 적극적으로 모색하고 있습니다.
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세라믹 및 유전체 소재: 고신뢰성 전자소자와 에너지 저장을 위한 미세구조 공학
세라믹 및 유전체 소재는 고강도, 내열성, 내마모성, 우수한 전기적 특성 등으로 인해 전자, 에너지, 방탄, 자동차, 우주항공 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 담당합니다. 본 연구실에서는 구조 세라믹(예: SiC, TiB2, B4C) 및 유전체 세라믹(예: BaTiO3, KCa2Nb3O10, Y2O3-RE2O3-MgO 첨가 SiC 등)의 합성, 미세구조 제어, 도핑 및 복합화 연구를 통해 기계적·열적·전기적 특성의 동시 향상을 추구하고 있습니다. 특히, 다층 세라믹 커패시터(MLCC)용 유전체 소재에서는 입자 크기 분포, 코어/셸 나노구조, 표면 결함 제어, 금속 나노입자 도입, 선택적 확산 길이 엔지니어링 등 첨단 미세구조 공학 기법을 적용하여 고유전율, 저손실, 고신뢰성 특성을 구현하고 있습니다. 또한, 구조 세라믹 분야에서는 미세구조 제어(입자 미세화, 첨가제 도입, 기공 제어 등)를 통해 파괴 인성, 굴곡 강도, 열전도도 등 기계적·열적 특성을 극대화하고, 방탄 및 고온 부품용 신소재 개발에 집중하고 있습니다. 이와 더불어, 실험적 합성 및 소결 공정 최적화와 더불어, Debye-Callaway, Callaway-von Baeyer 등 이론 모델을 활용한 열전도도 분석, 전기적 수송 특성 해석을 병행하여 소재의 근본적 한계와 개선 방향을 제시합니다. 이러한 연구는 전기차, 에너지 저장장치, 고온 발전, 방탄 시스템 등 첨단 산업의 핵심 부품 신뢰성 향상과 고효율화에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
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전자 및 투명전극 소재: 차세대 유연 전자소자와 에너지 소자 응용
본 연구실은 RuO2, Ag, ZnO, TiO2 등 다양한 전도성 산화물 및 금속 나노구조 기반의 투명전극, 고신뢰성 전자소자, 센서 소재 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 투명전극 분야에서는 Ag 나노와이어, RuO2 나노시트, 금속 메쉬 구조 등 다양한 나노구조 설계 및 표면 개질을 통해 높은 투명도와 낮은 시트 저항, 우수한 기계적 유연성을 동시에 달성하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 유연 디스플레이, 웨어러블 기기, 고출력 LED, 차세대 태양전지 등 응용을 위해 반복 굽힘 내구성, 대면적 균일성, 신속한 제조 공정 개발에 중점을 두고 있습니다. 또한, 전자소자용 산화물 반도체, 나노복합체, 고유전율 세라믹 등 다양한 소재를 기반으로 한 고성능 트랜지스터, 센서, 바이오센서, 에너지 하베스팅 소자 등도 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 소재의 합성-구조-특성-소자화-응용까지 전주기적 접근을 통해, 실질적인 산업 적용 및 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 국내외 산학연 협력과 다학제 융합 연구를 통해 차세대 전자 및 에너지 소자 분야의 혁신을 선도하고 있습니다.