전기를 얻으려면 수력 화력 원자력 등으로 불을 때서 터빈을 돌려야 한다. 반대로 냉각을 시키거나 열을 낼 때 전기에너지를 사용한다. 이 과정에는 전기를 얻어 냉각되거나 열을 많이 내는 매개체가 필요하다. 그러나 열에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 열로 직접 변환시키는 재료가 있다면 복잡한 엔진구동부나 냉매압축기 등이 불필요하게 된다. 바로 열전(熱電)반도체가 이런 역할을 한다.충남대 급속응고신소재연구센터(소장 천병선·금속공학과 교수)는 최근 급속응고방법으로 효율높은 열전반도체를 값싸게 대량생산하는 공정을 개발했다. 기존의 열전재료인 비스무스(Bi)-텔륨(Te)계나 철(Fe)-규소(Si)계에 비해 가격이 절반에 불과한 망간(Mn)-규소(Si)계 합금이다. 망간과 규소는 지구상에 흔한 재료지만 결합시킬 방법이 없었는데 급속응고 방식으로 그 개발에 성공한 것이다. 열전재료는 열을 얻었을 때 전자가 반응하는 정도 즉 전도도가 서로 다른 두 재료를 합금시킴으로써 전자의 흐름(전기에너지)을 만든다.
열전재료는 인공위성이나 잠수함 등 무거운 발전기를 장착시킬 수 없는 기기의 동력원으로 1940년대부터 연구가 활발했다. 이번에 개발된 열전재료는 자동차 에어컨, 냉장고의 냉매를 대체하는 데에 가장 먼저 적용될 수 있다. 냉온정수기, 냉온안마기 등도 적용분야다.
이 밖에 재미난 적용분야도 많다. 한 예가 국부마취용 메스 개발이다. 작은 배터리를 메스에 붙여 전기에너지를 조금만 공급하면 메스를 영하 30도까지 냉각시킬 수 있다. 전신마취가 필요없는 국부수술에는 이렇게 차가운 메스를 살에 갖다 대는 간단한 방법으로 냉각 즉 마취가 된다. 피까지 응고돼 수술 중 닦아낼 필요도 없다.
연구팀에 따르면 성에가 끼지 않는 안경테도 개발후보 중 하나다. 안경테를 열전재료로 만들어 얼굴피부로부터 얻는 체온으로 작은 히터 역할을 하도록 하는 것이다. 자동차 유리에 히터를 쏘여 김이 서리지 않도록 하는 것처럼 성에가 끼지 않는 안경이 가능해진다는 것이다.
/김희원기자
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