고성능 줄 발열 복합 소재 개발

Femtosecond laser synthesis of multiscale high-entropy alloys/graphene composites for high-performance Joule heating

Lingxiao Wang, Kai Yin, Jianqiang Xiao 외 4인·Nature Communications·발표 2026.03· 20 인용

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한국어 핵심 요약

고엔트로피 합금 나노입자(HEA-NPs)는 다양한 분야에서 큰 관심을 받고 있으나, 그 응용 연구는 주로 전기촉매 분야에 집중되어 있습니다. HEA-NPs의 적용 범위를 확장하는 것은 시의적절하고 바람직하지만 여전히 도전 과제로 남아있습니다. 본 연구에서는 펨토초 레이저를 이용하여 레이저 유도 그래핀(LIG) 위에 HEA-NPs를 성공적으로 합성하여 고성능 줄 발열 응용 분야에 활용했습니다. 이렇게 제조된 HEA-NPs/LIG 복합재는 최대 약 285.4 °C cm² W⁻¹에 달하는 탁월한 전기열 변환 능력을 보였습니다. 또한, HEA-NPs/LIG는 2.5~20 μm 파장 범위에서 약 0.98의 높은 광대역 적외선 방사율을 나타냈습니다. 이러한 특성을 바탕으로 HEA-NPs/LIG는 효율적인 줄 히터로서 기존 전기 히터 대비 겨울철 에너지 소비를 약 49.1% 절감할 수 있음을 입증했습니다. 이 연구는 HEA-NPs의 응용 분야를 줄 발열 분야로 확장하고, 효율적인 에너지 활용 기술의 추가 개발 중요성을 강조합니다.

섹션 미리보기

연구 배경

고엔트로피 합금 나노입자(HEA-NPs)는 다양한 분야에서 주목받고 있지만, 현재까지 응용 연구는 주로 전기촉매에 한정되어 있습니다. HEA-NPs의 활용 범위를 넓히는 것은 중요하지만, 이를 실현하기 위한 효과적인 방법론은 여전히 부족한 상황입니다.

핵심 발견

본 연구는 펨토초 레이저를 이용해 레이저 유도 그래핀(LIG) 위에 HEA-NPs를 합성하여 고성능 줄 발열 복합재(HEAs/LIG)를 개발했습니다. 이 복합재는 약 285.4 °C cm² W⁻¹의 뛰어난 전기열 변환 효율과 0.98의 높은 적외선 방사율을 보였습니다. 실제 적용 시, 기존 히터 대비 약 49.1%의 에너지 절감 효과를 입증했습니다.

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