신소재: 현무암 섬유 기반 열전기 변환 재료 진전

열전 재료는 소자 양쪽의 온도차를 이용하여 열에너지를 직접 전기에너지로 전환할 수 있어 폐열발전, 녹색냉방 등 분야에서 응용 잠재력이 높다.다양한 종류의 열전재 가운데 무기섬유는 우수한 기계성능과 부식 방지, 고온 내성 등의 성능으로 주목받았다.

현무암섬유(BF)는 천연 화산암을 원료로 고온에서 녹여 만든 연속섬유로 강도가 높고 고온과 열전도율이 낮은 등의 성능을 갖고 있지만, 절연 특성으로 열전섬유 분야 발전을 제한하고 있다.

최근 중국과학원 신장이화기술연구소는 홍콩중문대학(선전)과 협력해 1차원 탄소나노튜브(CNT)와 2차원 그래핀(RGO)을 각각 에폭시 유액에 분산해 전도성능을 갖춘 나노복합침윤제를 확보했다.과학자들은 얻은 침윤제를 현무암 섬유 표면에 코팅하여 현무암 섬유에 기반한 열전기 변환 재료를 제조했다 (그림 1).

연구에 따르면 얻은 섬유는 모두 N형 반도체로 우수한 열전 변환 성능을 나타내며, 세베크 계수 (온도 차로 인한 재료의 전압 발생 능력을 나타낸다) 는 각각 -46.34 µV/K와 -20.18이다µV/K。서로 다른 나노 복합 침윤제의 도입으로 현무암 섬유의 단사 스트레칭 강도는 1258MPa(BF)에서 각각 1549MPa(CNT/BF)와 1679MPa(RGO/BF)로 각각 23%(CNT/BF)와 33%(RGO/BF)씩 높아져 침윤제가 섬유 표면 결함 구조에 좋은 복구 작용을 한다는 것을 보여준다.

또한 나노 복합 침윤제는 섬유와 수지 사이의 상호 작용을 효과적으로 향상시킬 수 있으며 CNT/BF와 RGO/BF와 에폭시 수지 사이의 인터페이스 절단 강도는 각각 52% 와 154% 향상됩니다.이 연구는 표면 변성 기술을 통해 현무암 섬유에 독특한 다기능 특성을 부여함으로써 이 섬유의 응용에 새로운 아이디어를 제공했다.

관련 연구 결과: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and EngineeringAspects에서연구사업은 신강의"천산영재"양성계획과 중국과학원 등의 지지를 받았다.

현무암 섬유기 열전기 변환 재료의 제조 및 작업 원리