- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

- 유연성을 극대화하면서도 고효율을 내는 신축성 열전소자 개발 - 공정자동화를 통해 고수율로 대량생산 가능, 자가발전 웨어러블 기기 상용화↑ 열전소자는 소재 양단의 온도 차이로 인해 생성되는 전압을 활용하는 에너지 변환 소자로 산업현장의 폐열 등 버려지는 열에너지를 실생활에서 활용 가능한 전기에너지로 변환시킨다. 기존 열전소자의 경우 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용하여 유연하지 못하기 때문에 평평하지 못한 표면에서의 열원을 온전히 흡수하기 어려웠지만, 최근에는 신축성이 있어 사람의 피부나 산업현장의 온수 파이프 등 다양한 형태의 열원에 밀착하여 에너지를 생산할 수 있는 유연한 열전소자를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 팀이 서울대학교(서울대, 총장 오세정) 전기정보공학부 홍용택 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화하여 높은 발전 성능을 가지는 신축성 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 뿐만 아니라 연구팀은 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 함께 제시했다. 기존의 유연 열전소자 연구에 주로 사용되는 기판의 경우 열전도율이 매우 낮아 열에너지 전달 효율이 낮았고, 유연성이 부족하여 열원과 접촉 시 공기와 같은 열 차단층이 생겨 열 흡수 효율 또한 낮았다. 이를 해결하기 위해 높은 유연성을 가지는 유기물 기반 열전소재의 개발 또한 진행되고 있지만, 기존 무기물 기반 단단한 열전소재와 비교해 현저히 낮은 성능 때문에 실제 웨어러블 기기에 응용하기 어려웠다. 연구팀은 무기물기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결하여 열전소자의 저항은 낮추면서 유연성을 높였다. 제작된 열전소자는 유연성이 뛰어나 휘어지거나 늘어나도 안정적인 동작이 가능했다. 또한, 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 신축성 기판의 열전달 능력을 기존보다 800%가량 향상시키고, 전력 생산량은 3배 이상 높였다. 연구진은 이와 동시에 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자의 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화하여 개발한 소자의 대량생산까지도 가능하게 만들었다. 개발한 소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차의 내/외부의 온도 차를 이용하여 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 만들 수 있어 고온 환경에서 폭발의 위험성이 있는 배터리 기반 센서 시스템의 전원 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. KIST 정승준 박사는 “본 연구를 통해 외부의 열을 이용하여 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여주었고, 향후에는 체온만으로도 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 유연 열전 플랫폼을 개발할 예정이다.”라며 “본 연구에서 개발된 기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 고수율 자동화 공정은 향후 배터리 없는 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것.”이라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 창의형 융합연구사업, 글로벌프런티어사업으로 수행되었으며, 이번 연구 결과는 국제학술지 「Nature Communications」 (IF : 12.121) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이병문 박사 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 조현 박사과정(現, 서울대학교) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김희숙 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 전기·정보공학부 홍용택 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 정승준 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (a) 자유로운 변형이 가능한 고유연성 열전 소자의 모습 (b) 유연성 열전소자를 발광소자와 연결해 뜨거운 물체를 알려주는 자가 발전 장갑을 구현한 모습 [그림 2] (a) 고유연성 고성능 열전 소자의 모식도. (b) 열전달이 뛰어난 소프트 전극 플랫폼의 모식도 (c) 소프트 플랫폼 내에서 정렬된 금속 입자가 열전달 경로를 형성한 모습

이병철 KIST 바이오닉스연구센터 책임연구원 세계 최초 ‘USB-C 타입 아이폰’이 2021년 이베이 경매에서 8만6001달러(1억여 원)에 최종 낙찰됐다. 1000달러 정도 하는 스마트폰이 100배 가까이 높은 가격에 팔려 세상을 떠들썩하게 했는데, 유럽에서는 올해 6월에 공식적으로 제조사에 상관없이 2024년까지 유럽 내 모든 신규 휴대 기기의 충전 단자를 ‘USB-C’ 타입으로 통일하는 방안에 합의했다. 유럽에서는 충전기가 하나로 통일되면 한 해 발생하는 전자 폐기물 1만1000t을 줄이고, 2억5000만유로(약 3400억원)를 절감할 수 있을 것으로 보고 있다. 유럽의 결정에 사용자들 관심은 애플이 어떤 공식 반응을 내놓을지로 향했다. 중요한 쟁점은 과연 큰 팬덤을 확보한 공룡 기업 애플이 자체 충전 단자로 큰 수익을 얻었는데 이를 포기하고 유럽의 규제를 따를 것인가였다. 월스트리트저널이 최근 개최한 테크 라이브 행사에서 그 해답을 확인할 수 있다. 그레그 조쉬악 애플 월드와이드 마케팅 담당 부사장은 “애플은 유럽연합(EU) 규정 준수를 위해 아이폰의 라이트닝 케이블을 USB-C로 전환할 것”이라고 공식적으로 밝혔다. 일상생활에 전자 기기가 늘어남에 따라 충전 단자를 통일하는 식의 환경 규제를 통해 전자 폐기물을 줄이는 것은 반길 만한 소식이다. 한편으로는 이렇게 강화되는 환경 규제로 여러 산업의 흥망성쇠가 나타나는 사례를 최근 들어 자주 볼 수 있다. 이제는 생명과 관련된 의료 기기도 환경 규제 영향을 받게 되었다. 작년 한 해 우리나라에서 가장 많이 사용한 의료 영상 기기는 초음파 진단기다. 사용 건수가 1600만회에 이른다. 이와 관련된 건강보험 진료비도 한 해 1조5000억원에 이른다. 우리나라가 생산하는 초음파 진단 기기는 의료기 수출 품목 가운데 2위로 중요한 위치를 차지하고 있다. 이러한 초음파 의료 기기도 환경 규제 영향을 받을 것으로 예상된다. 초음파 영상은 변환기에 의해 초음파 신호를 전기 신호로 바꿔 영상화한다. 초음파 변환기는 납(Pb)·지르코늄(Zr)·티타늄(Ti) 등으로 구성된 압전(壓電) 소자 물질로 대부분 만들어진다. 이 세 가지 구성 요소 첫글자를 모아 PZT라 부른린다. 이는 1952년 도쿄공업대학에서 개발돼 현재까지 90% 이상의 초음파 변환기에 사용되고 있다. 이렇게 70년간 확고했던 지위를 머지않아 내려놓아야 할 상황이 왔다. 유럽연합의 ‘특정 유해 물질 사용 제한에 관한 규정(ROHS)’에 따라 2023년 7월부터 유럽에서는 더 이상 ‘납’이 함유된 체외 진단 의료 기기 제조를 허용하지 않기로 했기 때문이다. 이러한 규제가 가능하게 된 배경은 납이 함유된 압전 물질 대신에 반도체 제조 공정을 기반으로 한 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 초음파 소자가 개발됐기 때문이다. 미국을 선두로 유럽, 일본에서 2000년대 초반부터 20년 동안 꾸준한 연구와 투자가 이뤄진 결과다. 우리도 한양대학교, 카이스트(KAIST), 한국과학기술연구원(KIST)에서 이를 선도하는 연구를 수행하고 있다. 흥미로운 점은 환경 규제를 통해 대체된 MEMS 초음파 소자가 기존 초음파 변환기로는 구현이 어려운 새로운 분야로 확대 적용되고 있다는 것이다. 예를 들면 피부 표면에 붙일 수 있는 초음파 패치, 뇌 혈류량 측정을 통한 기능성 초음파 뇌영상, 알약 형태로 만든 초음파 내시경, 더 나아가 3차원 영상을 촬영할 수 있는 혈관 내 초음파도 가능하게 된 것이다. 이러한 새로운 형태의 기기는 기존 초음파 진료의 한계를 넘을 가능성을 보여줬다. 일회 용기 사용 제한 등 환경 규제로 인한 직간접 피해는 어쩔 수 없는 현실이다. 이러한 변화의 기회를 과학기술로 잡을 수 있다면 국가적 차원에서뿐 아니라 세계가 추구하는 보편적 인류 발전과 행복에도 이바지할 수 있을 것이다. 출처: 조선일보(링크)