[신기술 소개] 도쿄대학, 은 나노 시트를 갖는 층상 화합물에서 초고 전자이동도를 실현 - 실온 이하에서 동작하는 새로운 열전변환 소자 개발에 응용 -

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60 공업화학 전망, 제16권 제3호, 2013

Figure. 협응기능형 부제촉매 – 탄소 나노 튜브의 융합.

출처 : 2013.04.22 JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20130422-2/index.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

도쿄대학, 은 나노 시트를 갖는 층상 화합물에서 초고 전자이동도를 실현

- 실온 이하에서 동작하는 새로운 열전변환 소자 개발에 응용 -

일본 도쿄대학(東京大學) 대학원 공학계 연구과 이시와타리 신타로(石渡晋太郎) 교수와 토쿠라 요시노리 (十倉好紀) 교수 및 이화학연구소(RIKEN) 창조물성과학연구센터 등의 연구그룹은 은 나노 시트를 갖는 층 상 화합물 β-CuAgSe가 실온 정도의 열을 전기 에너지로 효율적으로 변환하여 열전 변환 소자의 재료로 서 유망한 것을 발견했다.

열전 변환 자재를 소자화하여 회로형으로 하면 폐열을 다시 이용할 수 있는 발전기로서 기능할 뿐 아니 라 냉동 장치(펠티에식 냉방 장치)로서의 기능을 할 수 있다. 열전 변환 소자는 동작 온도(-100~1,500℃) 에 따라 다양한 재료가 개발되어 있는데, 실온 근방의 비교적 저온 영역에서 높은 열전 성능을 나타내는 재료는 반세기 이상에 걸쳐 많은 연구가 이루어져 왔음에도 불구하고 비스무스(bismuth)를 포함한 화합물 에 한정되어 있다. 실제로 시판 와인 셀러에 탑재되는 펠티에식 쿨러는 모두 이 비스무스계 화합물이 사용 되고 있다. 펠티에식 쿨러는 소형화 할 수 있는 등 다양한 특징을 갖추고 있는데 그 냉각 능력은 압축기식 에는 훨씬 미치지 못해 저온에서 보다 높은 성능을 가진 새로운 열전 재료의 개발이 요구되고 있었다.

연구진은 은 나노 시트를 가진 층상 화합물 β-CuAgSe에 화학 치환을 실시함으로써, 실온~-200℃까지 의 폭넓은 저온 영역에서 비스무스계 화합물에 버금가는 높은 열전 성능을 나타내는 것을 발견했다. 또 자 기 수송 특성과 제1원리 계산에서 은 나노 시트를 흐르는 전자가 매우 높은 이동도를 가지고 있으며 이 점 이 높이 열전 성능을 나타내는 주요 요인임을 밝혀냈다. 이번 발견은 보다 고성능의 펠티에식 쿨러를 위한 열전 재료 개발에 새로운 설계 지침을 줄 것으로 기대된다.

본 연구 성과는 2013년 4월 22일 영국 과학 Nature Materials 온라인 판에 공개되었다(※ 발표논문 참조).

※ 발표논문: S. Ishiwata, Y. Shiomi, J. S. Lee, M. S. Bahramy, T. Suzuki, M. Uchida, R. Arita, Y.

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KIC News, Volume 16, No. 3, 2013

KIC News, Volume 16, No. 3, 2013 61 Taguchi, and Y. Tokura, “Extremely high electron mobility in a phonon-glass semimetal”, Nature Materials, 22 April 2013. DOI: 10.1038/NMAT3621

Figure. 연구의 모식도. 격자점에 존재하는 빨간색, 보라색의 구체는 각각 Cu와 Se를 나타낸다. 은의 구체는 전도 전자 를 나타내며 Cu-Se 층에 낀 Ag 층 안을, 안쪽의 가열된 영역에서부터 앞 쪽을 향해 초고속으로 이동하고 있다.

출처 : 2013.04.22 도쿄대학(http://www.t.u-tokyo.ac.jp/pdf/2013/20130422_ishiwata.pdf) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

도호쿠대학, 백혈구 등에 포착되지 않는 면역 회피 기능을 갖는 의료용 나노 입자 개발

일본 도호쿠대학(東北大学)은 백혈구 등에 잡히지 않고 효율적으로 목표의 장기·기관에 도착할 수 있는 신규 의료용 나노 입자를 개발했다고 발표했다.

이 성과는 와세다대학 미래과학기술공동센터(NICHe)의 아베 케이에츠(阿部敬悦) 교수, 원자분자재료과 학고등연구기구의 아지리 마사후미(阿尻雅文) 교수, 의학계 연구과의 가와카미 가즈요시(川上和義) 교수, 가레이의학연구소의 후쿠모토 마나부(福本学) 교수 등에 의한 것이다.

연구진은 지금까지 발효·양조에 사용되는 누룩 곰팡이 ‘Aspergillus oryzae’가 나타나는 계면활성단백 질 ‘hydrophobin (RolA)’에 관하여 고분자 중합체의 분해 촉진 인자로서 연구를 해 왔으며, 최근 연구에서 모종의 사상균인 ‘hydrophobin’이 사람의 면역 응답 회피 능력(스텔스)을 갖고 있는 것으로 나타났다는 것 이 알려졌는데, 이러한 배경 하에서 산화철 나노 입자를 안전한 누룩곰팡이 hydrophobin RolA로 피복하 여 스텔스 능력과 수용성을 부여한 신규 스텔스 나노 입자 개발에 도전했다.

실제로 RolA 피복 입자로 인해 동물 세포를 이용한 면역 응답 평가 시험 결과, 수상세포는 사이토카인 (cytokine: 면역 반응 결과 나오는 세포 간 정보 전달성 단백질)을 만들지 않는다는 것, 매크로파지