Nano-engineered thin-film thermoelectric materials enable practical solid-state refrigeration
Nature Communications volume 16, Article number: 4421 (2025)
오늘 소개할 논문의 제목 “Nano-engineered thin-film thermoelectric materials enable practical solid-state refrigeration”의 다음과 같이 자연스럽게 표현할 수 있습니다:
“나노공학 기반 초박막 열전 소재, 실용적인 고체 상태 냉각 실현하다”가 되겠지만
보다 와닿는 표현으로는 “나노 기술로 만든 초박막 열전 소재, 팬 없이도 냉각 가능한 시대를 열다” 또는 “나노기술 기반 초박막 열전소자, 현실적인 고체 냉각 기술 가능케 하다” 등이 되겠습니다.
이 논문은 2025년 5월 21일에 Nature Communications에 게재되었습니다.
주요 연구 기관은 Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL)와 삼성전자 삼성리서치입니다.
특히, Rama Venkatasubramanian 박사는 열전 기술 분야의 선도적인 연구자로, 이 연구의 총괄 책임자 역할을 수행하였습니다.
이 논문은 나노공학 기반의 초박막 열전 소재를 활용하여 실용적인 고체 상태 냉각 기술을 구현한 최초의 사례로 평가받고 있습니다.
자세한 내용은 Nature Communications 논문 페이지에서 확인하실 수 있습니다
Nature Communications는 세계적으로 저명한 과학 출판사인 Springer Nature에서 발행하는 국제 학술지입니다. 2010년에 창간된 이 저널은, 이름에서 알 수 있듯이 과학자들 간의 소통을 목적으로 하는 플랫폼을 표방하며, 물리학, 화학, 생명과학, 지구과학, 환경과학, 공학 등 자연과학 전반의 분야를 다루고 있습니다.
이 저널의 가장 큰 특징 중 하나는 오픈 액세스(Open Access) 방식이라는 점입니다. 이는 누구나 인터넷을 통해 자유롭게 논문을 열람할 수 있다는 뜻으로, 기존의 구독 기반 저널들과는 달리 과학적 지식을 전 세계에 널리 확산시키는 데 초점을 두고 있습니다. 이러한 점은 특히 공공 연구기관, 저소득 국가의 연구자, 그리고 과학기술에 관심 있는 일반 대중들에게도 큰 접근성을 제공합니다.
Nature Communications는 Nature라는 최상위 저널의 자매지로 출발했지만, 독립적으로도 높은 영향력을 지니고 있습니다. 특히 Impact Factor(인용지수)가 16점대에 이를 정도로 전 세계 과학계에서 인정받고 있으며, 여기에 논문이 실렸다는 것만으로도 연구의 독창성과 학문적 기여도를 공식적으로 인정받는 셈입니다. 심사 과정 역시 매우 엄격하여, 독창성, 정확성, 국제적 중요성을 갖춘 논문만이 통과할 수 있습니다.
국내에서도 KAIST, 서울대, 포스텍, UNIST, 기초과학연구원(IBS) 등 주요 연구기관에서 Nature Communications에 꾸준히 논문을 발표하고 있으며, 특히 융합 기술, 차세대 에너지, 고체 냉각과 같은 미래 지향적인 연구들이 많이 다뤄집니다.
이 저널은 단순히 논문을 모아두는 공간이 아니라, 전 세계 과학자들이 새로운 지식을 서로 공유하고 교류할 수 있는 장이며, 과학 기술의 미래를 실질적으로 변화시킬 수 있는 연구들이 먼저 소개되는 창구로 자리매김하고 있습니다.
이 논문이 주목받는 이유는, 열전냉각 기술에 있어 오랫동안 해결되지 못했던 ‘실용화의 벽’을 실제로 뛰어넘을 수 있는 구체적인 해법을 제시했기 때문입니다.
전기를 흘리면 열이 이동하는 현상, 즉 펠티어 효과는 19세기부터 알려져 있었고, 원리는 단순하면서도 매우 직관적입니다. 하지만 이 기술이 실제로 냉장고나 스마트폰 냉각에 쓰이지 못한 이유는, 기존 열전 소재의 성능이 지나치게 낮았기 때문입니다. 냉각 효과는 약하고 전력 소모는 크며, 소자의 안정성도 떨어졌습니다. 그래서 그동안 펠티어 기술은 미세한 센서 냉각이나 군용 장비처럼 매우 제한적인 분야에서만 사용되어 왔습니다.
하지만 이번 논문은 기존의 기술을 뛰어넘는 새로운 구조를 제안하며, ‘실제로 쓸 수 있는 수준’의 냉각 성능을 구현하는 데 성공했습니다. 논문에서 소개된 핵심 기술은 ‘CHESS 구조’라고 불리는 다층 박막 설계입니다. 이 구조는 여러 종류의 나노 스케일 재료를 층층이 정밀하게 쌓아 올리는 방식으로, 전자의 흐름은 효율적으로 유지하면서도 열이 불필요하게 퍼져나가는 것을 차단하는 데 매우 효과적입니다. 쉽게 말해, 전기는 잘 흐르지만 열은 막는 일종의 “전자-격자 필터링 구조”를 만들어 낸 셈입니다.
이러한 나노공학적 설계를 통해, 연구팀은 역사상 최고 수준에 가까운 열전 냉각 효율(ZT값)을 달성했을 뿐만 아니라, 이를 실제 전자소자에 필름처럼 얇고 유연한 형태로 통합하는 데도 성공했습니다. 이는 단순히 실험실에서 측정된 성능을 넘어서, 실제 스마트폰, 노트북, 웨어러블 기기 등에 곧바로 응용할 수 있는 수준까지 기술이 다가왔음을 의미합니다.
특히 이 기술은 팬이 필요 없기 때문에 무소음·무진동 냉각이 가능하며, 팬 고장이나 먼지 누적 같은 문제에서도 자유롭습니다. 전력 소모 역시 낮아 배터리 기반 모바일 기기에서도 충분히 활용할 수 있습니다. 지금까지의 열전 소자가 ‘실험실의 기술’이었다면, 이번 논문은 ‘현실에서 사용할 수 있는 기술’로서 한 단계 도약한 사례로 볼 수 있습니다.
따라서 이 연구는 기초과학적 완성도뿐만 아니라, 공학적 설계력과 응용 가능성까지 모두 갖춘, 드물게 균형 잡힌 첨단 기술 논문으로 평가받고 있으며, 냉각 기술의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 할 수 있습니다.
