< 니오븀 다이셀레나이드(NbSe2)의 적층 구조 제어에 의한 전자 밴드구조 변형 및 열전 성능 분석그래프>

[한국기술뉴스] DGIST(나노융합연구부 김정민 박사) 와 연세대학교(신소재공학과 이우영 교수) 공동연구팀이 차세대 반도체 물질인, 2차원 전이금속 칼코겐 화합물을 제어해 열전변환이 가능한 신소재를 개발했다.

2차원 전이금속 칼코겐 화합물은 원자 간 결합 방향과 적층 구조에 따라 다양한 밴드 구조와 전기적 특성을 가진 차세대 에너지 소재이다. 특히 전자 흐름을 조절하는 밴드갭을 자연적으로 가지고 있어 활용도가 높다. 

칼코겐 화합물 기반 나노소재 중 2H 적층구조를 가진 니오븀 다이셀레나이드가 주목받고 있다. 하지만 낮은 제백 계수를 보이는 금속성 밴드구조로 열전변환 성능이 낮아 상용화가 어렵다. 제백 계수가 높을수록 큰 전기에너지를 얻을 수 있다.

공동연구팀은 ‘열전 변환에 유리한’ 반금속성 밴드구조로 변형한 새로운 다형체 ‘니오븀 다이셀레나이드’를 제조했다. 고온에서 고상반응법을 이용해 기존의 2H 적층구조와 새로운 3R 적층구조를 혼합해 변형된 화합물을 합성하는데 성공했다. 열전 성능 변화율이 큰폭으로 향상됐다. 제백 계수를 약 40µV/K까지 향상시켰다. 

김정민 박사는 “동일 소재의 적층 구조 제어에 따라 다형체의 전자 밴드 구조를 변형시켜 전자 밴드구조 및 전기적 수송물성을 제어할 수 있음을 최초로 규명했다”며, “향후 2차원 소재의 에너지 하베스팅 기술 응용에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 연세대학교 신소재공학과 문홍재 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 에너지 과학 분야의 세계적 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 12월 1일자로 게재됐다