| 中, 초저 열전도율을 보유한 열전재료 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 고체연구소 물질계산과학연구실의 장융성(张永胜) 연구팀은 열전재료의 낮은 열전도율과 관련한 연구에서 비공유 전자쌍(lone pair electron)과 원자진동의 협동 효과가 음향양자(phonon) 비조화성(anharmonicity)에 중요한 영향을 미친다는 것을 규명하였다. 관련 연구 성과는 최근 국제저명학술지 "Physical Review B"에 게재되었다. 열전재료는 열에너지와 전기에너지 간 상호 전환을 달성할 수 있다. 열전재료의 전환효율은 무차원 성능지수 ZT값으로 평가할 수 있는데 ZT값이 클수록 열전 전환효율이 높다. 기존에 보고된 열전재료 전환효율은 매우 낮다. 따라서 낮은 열전도율을 보유한 재료를 찾는 것은 열전재료의 전환효율을 향상시키는 주요 방법이다. 매우 낮은 열전도율을 보유한 광석재료는 가격이 저렴하여 광범위한 관심을 받고 있다. 그 중 두 가지 동종동형 광석재료 CuBiS2와 CuSbS2의 실험적 열전도율 측정값은 큰 차이를 나타냈다. 실온에서 CuBiS2의 열전도율은 CuSbS2의 1/3밖에 안 된다. 그러므로 재료의 낮은 열전도율에 영향을 미치는 물리적 메커니즘을 연구하는 것은 신소재 설계 및 탐색에 중요한 의미가 있다. 연구팀은 밀도 범함수 이론적 방법을 사용하여 CuBiS2가 CuSbS2에 비해 낮은 열전도율을 갖는 물리적 메커니즘을 연구하였다. 연구 결과 CuBiS2와 CuSbS2에서 Bi와 Sb 원자 모두 비공유 전자쌍을 함유하고 있는 반면, 비공유 전자쌍은 재료의 강한 비조화성을 유발하여 상기 두 가지 재료가 모두 낮은 열전도율을 보유한다. 이러한 비공유 전자쌍과 원자진동의 협동작용에 의해 CuBiS2는 CuSbS2에 비해 더 낮은 열전도율을 보유한다. 관련 연구는 비공유 전자쌍과 원자진동의 협동 효과가 음향양자 비조화성에 중요한 영향을 미친다는 것을 나타낸다. 정보출처 : http://www.stcsm.gov.cn/xwpt/kjdt/546304.htm |
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