연료전지용 세라믹스 부품의 상용화를
위한 Joint Venture 설립
Orlando에 자리잡고 있는 자동차 회사인 General Automotive사는 연료전지 개발에 사용되는 세라믹스 재료 업체인 SenCer Inc.와 Joint Venture회사를 설립하기로 했다. 새로이 설립될 Joint Venture회사의 공식적인 목표는 SenCer Inc.에서 개발하고 있는 Ultra Temp 세라믹 복합재료를 연료전지의 Stack 및 자동차에 사용되는 산소센서에 사용될 수 있도록 개선하여 상용화 시키는 것이다. General Automotive의 CEO인 Joseph DeFrancisci에 따르면 SenCer Inc.의 혁신적 기술을 이용할 경우 연료전지 생산비용의 상당부분을 차지하고 있는 고가의 백금 전극을 소성세라믹스 전도체로 대체할 수 있어 현재의 연료전지 디자인에 있어서 가장 큰 두 가지 문제인 가격과 내구성의 문제를 해결할 수 있을 것이라 며 “수소를 연료로 사용하는 연료전지는 환경문제와 고유가 문제를 동시에 해결할 수 있는 가장 잠재력 있는 해결방안으로 널리 받아들여지고 있습니다.
특히 자동차 분야에 있어서의 수소연료전지와 관련 분야는 몇 가지 기술적 문제만 해결된다면 상상할 수 없을 정도의 엄청난 수익을 가져다 줄 것입니다”라고 전했다. ACB

Cool fuel Cells open application possibilities
기존의 연료전지용 전해질에 비해 수백도 낮은 온도에서 사용가능한 새로운 전해질에 관한 보고서가 사이언스에 의해 소개되었다. 새로운 전해질을 개발한 스페인의 연구자들에 따르면 그들이 개발한 전해질을 사용할 경우 연료전지의 동작온도를 수백도 이상 낮출 수 있으며 이에 따라 고체산화물 연료전지의 실용화를 앞당길 수 있을 것이라 한다. 연구를 주도한 Universidad Complutense de Madrid의 연구진에 다르면 새로운 전해질은 기존의 zirconia-strontium-titanium계열의 전해질을 변형시킨 것으로 기존의 고체산화물 전지의 동작온도인 700℃보다 훨씬 낮은 온도에서도 전해질로서의 우수한 특성을 유지한다고 하며 현재 만들어 내고 있는 샘플의 경우 84℃에서 사용이 가능하다고 한다. 연구진들은 새롭게 개발된 전해질이 낮은 온도에서 우수한 이온 전도도를 보여줄 수 있는 것은 매우 얇은 전해질 막의 적층에 의해 이루어짐을 발견하였으며 그들이 만들어 내고 있는 새로운 전해질의 경우 10nm두께의 strontium titanate와 함께 1억 겹 이상 적층된 구조를 가지고 있다고 한다. ACB

나노세상을 여는 새로운 현미경의 개발
스위스 로잔 공과대학의 Franz Pfeiffer 연구팀은 침투력이 강한 X-ray 현미경과 X-선 회절 장치를 결합시킨 새로운 형태의 현미경을 개발했다. 이 장치를 이용하게 될 경우 과학자들은 자신들이 관찰하고자 하는 시료를 절단하거나 파손시키는 일 없이 속속들이 들여다 볼 수 있게 될 것이다.
Pfeiffer와 그의 연구팀은 그들이 개발한 현미경을 이용 X-ray를 스케닝 할 때 X-ray가 입사되는 각각의 지점에서 발생되는 회절패턴을 얻어낼 수 있는 새로운 방법을 고안해 냈다. 새로운 장치를 통해 수집된 X-ray 회절패턴 정보는 특정한 알고리즘에 의해 이미지를 만들어 내는데 사용된다. Franz Pfeiffer의 연구팀이 개발한 현미경을 이용할 경우 과학자들은 현재까지 X-ray를 이용한 현미경의 한계해상도를 뛰어넘는 50nm이하의 크기를 지닌 물체도 관찰할 수 있을 것으로 보인다. Pfeiffer의 연구팀은 금으로 구성된 층 아래에 숨어있는 Fresnel Zone Plate의 관찰을 성공함으로서 자신들이 개발한 현미경의 성능을 입증해 보였다. “Fresnel Zone Plate를 분해 없이 관찰했다는 건 컴퓨터칩을 분해 하지 않고 구석구석 들여다 볼 수 있다는 것을 의미합니다” Pfeiffer연구팀의 일원인 Pierre Thibault는 이야기 했다. “저희가 개발한 기술과 형광현상과 분광학을 함께 이용한다면 측정하고자 하는 샘플의 국부적인 원자의 배열, 산화도, 그리고 구성물에 대한 정보도 얻을 수 있을 뿐 아니라 시료에 입사할 X-ray의 에너지를 원자의 이온화 에너지에 가깝도록 조절 시킨다면 시료의 조성까지도 측정할 수 있을 것입니다” ACB

Lux Research ‘나노테크놀로지 시장 2015년까지 3조 1천억 불 규모로 성장 예상’
세계적인 시장조사 업체인 Lux Resear
ch의 새로운 보고서에 따르면 현재의 나노테크놀로지는 다양한 분야에 광범위하게 적용되는 단계에 있다고 한다. ‘2008 3분기 나노재료 시장 보고서’는 2007년 1억 5천만 불 규모의 나노기술 관련 제품 시장은 2015년까지 3조 1천억 불 규모로 성장할 것이라 예상하고 있다.

가장 큰 시장규모를 가지는 분야는 제조와 재료분야
나노테크놀로지의 상업적 파급효과를 산출하기 위해 Lux는 제조와 재료, 전자와 IT, 그리고 건강관련산업 이렇게 세 가지 주요산업분야에 미치는 나노테크놀로지의 영향을 조사하였다. 모든 분야의 예측은 최소 1000회 이상의 나노테크놀로지 개발자들과의 인터뷰와  나노테크놀로지 분야를 이끌고 있는 31개의 기업들을 대상으로 수행된 조사를 바탕으로 이루어 졌다. 2007년 Lux는 그해 나노테크놀로지의 성장률이 그 어느 때 보다도 높았음을 발견했다. 2007년 한해 자동차와 건축물의 내·외장재를 포함한 나노테크놀로지 제조 및 재료분야의 시장규모는 9천7백만 불로 3가지 주요산업 분야 중 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 나타났다. 두 번째로 큰 시장규모를 가진 산업은 배터리와 집적회로 및 디스플레이를 포함하는 전자와 IT 분야로 3천7백만 불 규모를 기록했다. 건강 및 생명과학 분야의 시장규모는 3천 5백만 불 규모로 3가지 주요산업 분야 중 가장 작은 시장규모를 가진 것으로 나타났으며 시장의 대부분은 제약관련 시장이 차지하고 있음을 확인 할 수 있었다. Lux에 따르면 제조 및 재료 분야는 2015년 까지 매해 45%의 놀라운 성장률을 통해 2015년에는 1조 8천억불 이라는 엄청난 시장규모로 1등의 자리를 확고히 지키고 있을 것이며 전자 및 IT 관련 분야의 경우 매년 51%의 성장률을 기록 9천 400억 불 규모의 시장규모로 2위 건강 및 생명과학 분야는 매해 46%의 성장률로 2015년에는 3천 100억 불 규모의 시장을 형성할 것으로 보인다.
2015년 나노테크놀로지의 가장 큰 시장은 미국에서 유럽으로 이동
Lux의 조사에 따르면 2007년 미국에서는 590억 불의 가치를 지니는 나노테크놀로지 기반 제품이 생산되었으며 같은 기간 동안 유럽에서는 470억불, 아시아의 경우 9억4천만불의 가치를 지니는 나노테크놀로지 기반 제품이 생산되었다고 한다. Lux사는 2015년에는 유럽이 1조 900억불 규모의 제품을 생산해 내면서 미국을 밀어내고 1등의 자리를 차지할 것으로 보고 있으며 미국은 그 뒤를 이어 1조 800억, 아시아는 7천100억불 규모의 나노테크놀로지관련 제품을 생산할 것으로 예측하고 있다. “나노테크놀로지는 더 이상 새로운 시장도 새로운 산업도 아닙니다. 나노테크놀로지는 다양한 제품들의 혁신적인 성능향상을 가능케 해주는 기술입니다” Lux Research의 Senior analist인 Jurron Bradley는 얘기했다. “당신은 당신의 자동차 엔진의 성능향상을 위해 사용된 나노 코팅물질을 사용하고 나노테크놀로지로 만들어진 TV를 보게 될 것이며 나노테크놀로지를 이용해 개량된 매우 효율적인 콜레스테롤 수치 강하제를 복용하게 될 것입니다” ACB

나노테크놀로지가 탄생시킨 새로운 금속구조물 제작기술
- 연료전지 촉매와 마이크로칩 배선 기술의 진보를 앞당기다.
5000년이 넘는 시간동안 인류는 금속을 원하는 모양으로 가공하기 위해 달구고 때리는 방식을 사용해 왔으며 나노테크놀로지가 등장한 이후의 매우 정교한 금속의 가공에는 에천트로 녹이거나 전자빔으로 깎아내는 방법만이 사용되어 왔다. 하지만 Cornell University의 연구팀들은 매우 복잡한 구조로 금속을 스스로 정렬 시키는 혁신적인 방법을 개발해 냈다. 연구팀에 따르면 그들이 개발한 자기정렬 방식을 이용하여 만들어진 금속 패턴은 연료전지에 사용되는 촉매물질을 보다 높은 효율로 값싸게 만들어 내는데 이용될 수 있을 뿐 아니라  마이크로칩의 내부 전극을 구성하는데 응용되어 마이크로 칩의 정보처리 능력을 향상시켜줄 수 있다고 한다.
기술의 핵심 Ligand
Cornell University가 개발한 새로운 금속가공 방식은 Ligands라고 불리는 유기물질에 금속입자를 코팅하는 과정을 수반한다. Ligand 액체로 용해될 수 있으며 용해된 상태의 Ligand는 Block Copolymer라는 물질에 섞이게 된다. Block Copolymer는 두개의 폴리머사슬이 붙어있는 구조로 이루어진 물질로 열처리 등을 통해 경화될 경우  Block Copolymer를 구성하는 서로 다른 두 개의 폴리머 물질의 함량에 따라 특정한 패턴을 가진 구조체를 형성한다. 따라서 Block Copolymer와 금속입자가 붙어있는 Ligand가 섞여있는 혼합물을 경화시킬 경우 금속입자와 Ligand는 경화된 Block Copolymer의 패턴과 동일한 구조로 배열 되게 되며 이때 더욱 높은 온도를 가하게 되면 구조체인 Block Copolymer는 분해되고 Ligand에 붙어있던 금속입자들은 용해된 채로 이동하여 Block Copolymer가 제거된 자리에 고체상태의 구조물을 형성하게 된다. Cornel University의 재료공학부 교수인 Ulrich Wiensner는 2008년 6월 27일 Science에 자신이 개발한 새로운 공정을 소개했다. “금속들은 무작위한 구조를 형성하려는 경향이 있습니다” Wiensner는 이야기했다. “우리는 Ligand라는 물질을 첨가했을 뿐입니다. Ligand는 유기 솔벤트에서의 용해도를 향상시켜주는 역할을 해줍니다. 따라서 매우 높은 밀도의 금속입자들도 잘 흐를 수 있게 해주죠” Wiensner가 덧붙인 또다른 중요요소는 Ligand의 길이 즉, Ligand층의 두께 인데 Ligand층의 두께가 너무 두꺼울 경우 Ligand-metal 혼합체에서의 금속의 부피비가 너무 낮아 져 Block Copolymer가 제거된 이후 금속구조가 원하는 형태로 형성되지 않을 수 있기 때문에 Ligand층의 두께를 매우 얇게 만들어야 할 필요가 있다고 한다.
새로운 세상이 열리다.
Wiensener는 이야기 했다. “우리가 개발한 새로운 프로세스는 매우 흥미진진합니다. 새로운 세상이 열린 것 이죠 우리는 그동안 누구도 만들어 보지 못한 새로운 구조물들을 얼마든지 만들어 낼 수 있습니다” “하나의 금속을 이용해 무엇을 만들었다면 다른 금속 그리고 합금으로도 만들어 낼 수 있습니다” Science지는 Wiensner과 두명의 Cornell University연구원 그리고 다른 연구원들이 새로운 기술을 이용해 백금으로 구성된 10nm 넓이의 육각형 모양의 구멍을 가진 구조물을 만들어 냈다고 보고했다. Wiensner의 연구팀이 만들어낸 다공성 구조는 연료전지에 응용될 경우 연료가 이동하며 반응 할 수 있는 표면적을 넓혀주는 역할을 통해 연료전지의 효율을 효과적으로 개선시킬 수 있다고 한다. Wiensner연구팀의 새로운 공정은 Ligand-Metal 솔루션과 Block Copolymer와의 혼합으로 시작된다. Block Copolymer는 가열과 함께 Block Copolymer를 구성하는 두 가지 물질의 부피 비에 따라 작은 사이즈의 부분과 큰 사이즈의 부분으로 분리된 구조로 경화된다. 이때 나노사이즈 금속입자들의 클러스터가 형성되는데 형성된 클러스터는 Block Copolymer의 한쪽 부분에만 모이게 된다. Block Copolymer가 경화되며 생성되는 구조물의 모양은 어떤 종류의 폴리머들을 혼합해서 Block Copolymer를 만드느냐에 따라 결정되며 다양한 모양의 구조체 형성이 가능하다고 한다. 이제 Block Copolymer 구조물을 공기분위기에서 가열하여 금속 입자들의 클러스터가 모이게 될 탄소 구조체를 형성한다. 마지막 과정은 탄소 구조체를 태워 없애는 과정으로 나노입자의 금속입자는 매우 낮은 녹는점을 갖기에 탄소구조체가 타기 전에 탄소 구조체를 거푸집으로 삼아 금속구조물을 제작할 수 있게 된다. Wiesner에 따르면 새로운 기술은 다공성 물질 뿐 아니라 매우 미세한 구조물을 제작하는데도 사용할 수 있으며 매우 미세한 구조물은 도체의 표면을 통해 전자가 이동하는 현상을 이용하는 플라즈모닉스 분야의 매우 중요한 요소다. ACB

접을 수 있고 늘릴 수 있는 집적회로 - 새로운 능력을 부여받은 실리콘
Urbana-Champaign에 위치한 일리노이 대학교의 재료공학부 교수인 John Rogers가 이끄는 연구팀은 새로운 형태의 구부릴 수 있고 늘릴 수 있는 실리콘 집적회로를 개발 했다. 개발자들에 따르면 새로이 개발된 실리콘 집적회로는 어떠한 성능저하도 수반하지 않은 채로 구부려짐과 휘어짐이 발생할 수 있는 복잡한 모양의 구조물에 부착된 채로 사용될 수 있다고 한다. “실리콘은 본질적으로 부서지기 쉽고 단단해서 기계적 스트레스가 가해지는 물체에 부착된 상태에서는 사용될 수 없다는 정설 아닌 정설은 이제 창밖으로 내던져야 할 때가 됐습니다” Science의 Science Express web site를 통해 자신의 연구팀이 개발한 플랙서블 집적회로에 관한 논문을 발표한 Rogers는 이야기 했다. “기계적응력의 배치와 구조적 배열의 최적화를 통해 우리는 완전히 접혀지고 구부러지고 그리고 잡아당겨져도 작동 가능한 실리콘 집적회로를 만들어 낼 수 있었습니다. 우리가 개발한 집적회로는 인공근육에 삽입된 체 작동되는 새로운 타입의 센서를 만드는데 활용될 수 있을 뿐 아니라 유선형의 비행기 날개나 동체에 부착되어 구조적 결함을 찾아내는 센서 그리고 의류처럼 착용 할 수 있는 건강 진단 키트 또는 휴대용 가전제품을 만드는데 응용될 수 있습니다”
물결모양의 미세구조를 가진 회로 ‘wavy’
Rogers와 University of illinois의 연구팀은 2005년 ‘Wavy’라는 이름을 가진 한 가지 방향으로 변형가능한 단결정 실리콘을 이용한 파도 모양의 구조물의 개발에 대해 보고한 바 있다. 당시의 보고에 따르면 그 구조물은 특정한 방향으로 늘렸다 줄였다 할 경우에도 눈에 띠는 전기적 특성 변화를 보이지 않는다. 하지만 당시에 개발된 실리콘 구조물은 단일 소자의 제작 정도에만 사용될 만한 단계로 집적회로의 제작에는 사용할 수 없었다. 이제 Rogers 와 UI(University of Illinois), North Western University 그리고 싱가포르의 Institute of High Performance Computing의 연구진들은 그들이 이전에 개발했던 ‘Wavy’를 2차원적 구조로 확장하여 기능성을 지닌 집적회로를 구성할 수 있는 기술에 대해 보고하고 있다.  Rogers는 매우 심하게 구부러진 상태에서도 실리콘 웨이퍼위에 형성된 소자들과 비슷한 성능을 보여주는 트랜지스터, 오실레이터, 로직게이트, 그리고 증폭기로 구성된 집적회로의 개발에 대해 보고했다. “우리는 이제 개별 소자를 만들어야 하는 단계는 넘어서 매우 복잡한 기능을 가지는 제품에 활용할 수 있는 완전한 집적회로를 개발해야 하는 단계에 접어들었다고 생각합니다”
wavy를 이용한 집적회로 제작
Rogers와 그의 연구진들은 완전히 늘릴 수 있고 줄일 수 있는 집적회로를 만들기 위해 폴리머로 구성된 희생층이 덮여진 기판상에 회로를 구성한 후 기판과 희생 층 그리고 희생층과 집적회로를 분리해내는 기술을 사용하였으며, 일련의 과정은 다음과 같이 진행된다. 우선 희생층이 덮여진 기판에 집적회로를 지지하는 역할을 하게 될 매우 얇은 플라스틱 막을 코팅한 후 그 위에 단결정 실리콘 나노 리본을 집적시키기 위한 프린팅 기법과  일반적인 평면반도체 제작기법을 이용하여 집적회로를 제작한다. 다음으로 희생층의 제거 및 기계적 스트레스를 가할 수 있는 기판에 부착시키는 과정이 차례로 수행되며 희생층 제거과정을 통해 기판위에 형성되었던 집적회로는 그 아래의 플라스틱 코팅과 함께 기판에서부터 분리되게 되고 분리된 집적회로는 기계적 스트레스를 가해주는 역할을 하는 실리콘 러버 기판에 부착되어 진다. 마지막단계는 집적회로가 부착된 실리콘 러버 기판을 늘였다폈다를 반복하는 방식을 통해 집적회로에 기계적 스트레스를 인가하는 과정으로 실리콘 러버 기판의 수축과 반복에 의해 집적회로에 가해지는 스트레스는 집적회로를 구성하는 단결정 실리콘 리본에 버클모양의 패턴을 형성, 실리콘 리본으로 구성된 집적회로를 다양한 방향으로 잡아당겨지고 구부러져도 손상되지 않는 구조로 변화 시킨다. “한가지 방향으로만 변형될 수 있는 간단한 구조였던 wavy는 이제 최적화된 디자인과 다양한 재료의 적용을 통해 여러 가지 재료와 다양한 구조를 가지면서도 다양한 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 하나의 완전한 시스템으로 다시 태어났습니다”라고 Rogers는 자신 있게 이야기 했다. “집적회로에 인가되는 스트레스를 완화시키는 역할과 동시에 집적회로를 물결모양으로 만드는 버클모양의 구조는 집적회로의 중간 중간에 매우 복잡한 형태로 나타나지만 이론적으로 모두 예측할 수 있죠” Rogers는 우수한 특성의 wavy구조를 만들기 위해 높은 기계적 강도를 가진 회로를 만드는 것이 중요하다고 강조했다. “회로의 기계적 강도가 강하면 강할수록 wavy구조를 지니는 회로를 만들기에 적합합니다. 이러한 이유로 집적회로의 구성물 중 가장 취약한 기계적 강도를 지니는 회로를 스트레스가 가해지지 않는 부분에 배치하죠” Rogers는 마지막으로 다음과 같이 이야기 했다. “우리는 실리콘 웨이퍼는 제공하지 못하는 새로운 공간을 창조해 내고 있습니다” ACB

열전 효율 향상

오하이오 주립대학 연구진들은 ‘엔진 배기구로 소비되는 열을 전기로 변환하여 차의 효율을 향상’ 시킬 수 있는  새로운 물질을 개발하였으며 이 새로운 물질은 ‘현재 사용되고 있는 모든 열전 재료의 에너지 효율보다 두 배 이상의 에너지 효율’을 갖는다고 발표하였다.
오하이오 주립대학의 기계공학과와 물리학과 교수이자 책임 연구원인 Joseph Hermans는 7월 25일 Science지에 이 새로운 물질의 개발을 발표하였다.
Joseph Hermans 교수는 열전 재료의 효율은 주어진 온도에서 열을 전기로 변환할 수 있는 비율로 결정할 수 있다고 말한다. 현재까지 상용화되어 있는 열전력 발전기에서 가장 효율이 좋은 재료는 나트륨(Na)이 첨가된 lead telluride
(PbTe)로 비율은 0.29:0.71이다.
한편 Joseph Hermans 교수의 연구팀은 lead telluride(PbTe)에 극소량의 탈륨(Ti)을 첨가하는 대신 새로운 혼합물질을 개발하여 에너지 효율을 1.5배 또는 두 배 이상 향상시켰다.
Joseph Hermans 교수는 만약 이 새로운 혼합물질로 만들어진 장치를 자동차에 적용한다면 자동차의 연료 효율을 10%이상 향상시킬 수 있을 것이라고 주장한다. 또한 이와 같은 고효율의 장치를 이용하여 자동차 배기 시스템의 소비 열을 전기로 변환함으로써 변환된 전기를 자동차의 동력원이나 동력 보조원으로 이용할 수 있으며 이 장치는 닳아 없어지거나 깨지는 소모품이 아니라고 강조한다.
새로운 접근
MIT의 Technology Review 7월호에서, 오하이오 주립대학 연구진은 아닌 MIT의 기계공학과 교수인 Gang Chen 교수는 새로운 재료 개발의 중요성을 강조하였다.
Gang Chen 교수는 MIT의 Techno
logy Review에서 Joseph Hermans 교수의 업적은 여러 가지 이유에서 아주 중요하다고 말한다. 그는 새로운 열전 재료의 향상된 효율이 특히 중요한 의미를 가진다고 말한다. Gang Chen 교수는 “기존의 lead telluride(PbTe) 열전재료는 열에너지의 약 6%만을 전기로 변환한다. 하지만 효율이 좋은 thallium(Ti)계 재료를 이용한 열전 발전기는 열에너지의 전기 변환효율을 10%이상 향상시킬 수 있다”고 설명한다.
또한 Gang Chen 교수는 “Joseph Hermans 교수의 업적은 열전 재료의 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 새로운 방향을 제시하였다”라는 측면에서 더욱 의미를 갖는다고 말한다.
Gang Chen 교수는 현재 대부분의 열전재료의 열전도도가 감소함에 따라 열전 재료의 전기 전도도 또한 감소하지만 Joseph Hermans 교수의 열전 재료의 효율 향상이라는 놀라운 업적이 연구자들에게 새로운 길을 개척하여 주었다고 설명한다.
Joseph Hermans 교수는 오하이오 주립대학 보도 자료에서 재료를 개발한 과정을 설명하였다. 그는 그의 연구진들과 자연적으로 재료에 트랩되는 열을 어떻게 최대한 변환시킬 수 있는 지에 초점을 두었다고 말한다.
이 연구를 위하여 Joseph Hermans 교수팀은 양자 역학에서 새로운 아이디어를 적용하였다. 이 새로운 아이디어는 2006년 Physical Review Letters에 발행된 논문으로 thallium(Ti)과 telluri
um(Te)와 같은 재료가 원자 간의 결합에 의하여 thallium(Ti) 전자와 lead telluride(PbTe) 열전 재료의 전자 사이에 공명을 만들기 위하여 양자 역학적 레벨에서 상호 작용할 수 있다는 것이다.
Joseph Hermans 교수는 “tellurium
(Te) 전자가 가까이에 있으면 thallium
(Ti) 원자에 있는 전자의 행동이 눈에 띄게 감소한다. 우리는 다양한 나노 구조의 물질들을 이용하여 이런 특이한 현상을 알아내기 위하여 10년 동안 연구하였다. 하지만 현상을 밝혀낼 수는 없었다. 그때 나는 이 논문을 보고 우리가 나노 구조에서 연구해왔던 것을 벌크 반도체에도 똑같이 적용할 수 있다는 것을 알게 되었다”고 말한다. 그의 연구진들이 알아낸 또 다른 중요한 사실은 450℉ 근처에서 열전 재료는 sodium(Na)이 첨가된 telluride와 같이 약 0.75의 효율로 열을 전기로 변환시킨다. 하지만 온도가 상승하면 새로운 재료의 효율 또한 향상된다는 것을 알았다. 예를 들어 950℉로 온도가 상승 시 1.5의 효율을 보인다는 것이다.
Joseph Hermans 교수는 “새로운 열전 재료는 전기 발전기를 통하여 증기기관, 가스엔진, 디젤엔진과 같이 기존의 열 엔진과 같은 전력을 생산하지만 작동유체로 물, 가스 대신 전자를 이용하고 전기를 생산하는 것이 다르다”고 설명한다.
상용화
Joseph Hermans 교수는 재료의 효율이 다음과 같은 두 가지 요인에 의하여 향상될 것이라고 주장한다. 그는 “그 두 가지 요인이 현재 우리가 열심히 연구에 매진하는 이유다”라고 말하며 오하이오 주립 대학 박사과정중인 Vladimir와 Jovovic, 일본 오사카 대학의 Anek Charoenphakdee와 Shinsuke Yamanaka, 캘리포니아 기술연구소의 G. Jefferey Snyder와 Eric S. Toberer, Ali Saramat등 그의 연구 팀과 함께 연구하고 있는 사람들을 언급하였다.
MIT의 Technology Review에 따르면, 그의 연구팀이 직면하고 있는 한 가지 문제점은 thallium(Ti)이 독가스로 매우 위험하여 thallium(Ti)을 사용할 경우나 처분 시 보호 장비가 꼭 필요하다는 것이다. Joseph Hermans 교수는 thallium(Ti)과 같은 유해물질의 피해를 줄이기 위하여 자동화 장비에서 유해 물질들을 사용할 경우 이 물질들을 캡슐화 하고 있다고 한다. 또한 그는 이렇게 캡슐화된 재료들로 구성된 장치들은 내구성이 매우 뛰어나 여러 용액에서 설치와 제거를 반복할 수 있고 장치의 수명을 연장 시킬 수 있어 장치의 폐기 처분 문제를 줄일 수 있다고 말한다.
Joseph Hermans 교수는 새로운 재료로 구성된 첫 번째 열전 발전기가 곧 상용화 될 수 있으며 향후 2년에서 4년 내로 자동차에서 배출되는 열을 전기로 변환할 수 있을 것이라고 확신한다. ACB