화학공학소재연구정보센터
  • 열 변환 소재로 사용되는 인듐 아세나이드 나노와이어등록일 : 2015/09/08
  • 네덜란드 아이트호벤 기술공과대학 Erik Bakkers 교수 연구진은 나노와이어의 열 특성을 평가하는 새로운 기법을 개발하는 데 성공했다. 물질이 나노크기 수준에 접근하면 거시와 다른 새로운 특성을 보이곤 한다. 나노크기에서 물질의 특성 및 이를 소자로 구현했을 때의 특성을 평가하고 측정하는 것은 나노물질 및 소자 개발 및 활용에 큰 영향을 미친다.

    효율적인 열전자 소재는 전기 전도성은 매우 높아야 하는 반면에 열전도도는 낮을 것이 요구된다. 이처럼 상호 대치되는 것처럼 보이는 특성은 오랫동안 버려지는 열의 수거와 같은 활용과 효율성을 제한하는 요소가 되어왔다. 그러나 광 평균 자유 경로, 광 분산 이하의 일반적인 차원을 가진 나노물질의 경우, 전기 전도성은 유지되지만 열 전도성은 크게 떨어진다. 연구진은 열전도성이 어떤 차원에서 급격하게 감소하는지에 대한 실험을 진행하여 이를 명확하게 밝히는 데 성공했다.

    연구진은 인듐아세나이드(InAs) 나노와이어의 열전도성을 측정하였다. 연구진은 나노와이어를 지름 40나노미터에서 2나노미터 크기로 준비했다. 연구진은 이를 통해서 나노미터의 지름에 대한 광 산란 특성을 평가했다. 연구진은 이러한 실험을 통해서 40나노미터 지름을 가진 나노와이어의 열 전도성은 벌크 상태보다 약 88% 감소한다는 것을 확인했다.

    연구진은 나노와이어의 온도 전도성을 측정하기 위해서 서스펜디드 브릿지 방법(suspended bridge method)을 사용하였다. 두 개의 백금 저항 열측정기(PRTs)를 서로 연결하는 데에는 단면이 1µm2이고 길이가 1mm인 SiNx 나노빔을 사용했다. 연구진은 나노조작기를 이용하여 백금 저항 열측정기 사이에 나노와이어를 두었다. 백금 저항 열측정기는 가열기와 열측정기의 기능을 모두 가지고 있다. 가열에 대한 특성은 나노구조체의 열 구배 측정을 통해서 평가될 수 있다. 이번 연구를 통해서 연구진은 나노와이어를 조작하고 그 특성을 평가할 수 있었다.

    지름에 따른 영향을 평가하기 위해서 연구진은 열 접촉 저항 값을 수정하여 그 값을 정량화하는데 성공했다. 이러한 기술은 나노소자 특성을 평가하는 데 매우 중요한 기법이며, 향후 이러한 방법을 여러 나노소자를 평가하는 데에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 지름이 서로 다른 나노구조체를 연결하여 연구진은 열 접촉 저항의 분포를 측정하고 그 특성을 평가하는데 성공했다. 이번에 제안된 측정법과 분석 기술은 열전 소자로서 사용되는 나노물질을 찾고 그 특성을 평가하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 저널 Nanotechnology에 “Diameter dependence of the thermal conductivity of InAs nanowires”라는 제목으로 게재되었다. (Volume 26, Number 38 )

    그림. 나노전자 소자의 개략도 및 전자현미경 사진
  • 키워드 : 나노와이어, 인듐아세나이드, 열 변환
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑