Today, the exhaustion of energy sources due to excessive consumption of fossil fuels and environmental pollution in the process of using that energy are recognized as serious social issues. As a solution to this problem, studies on a thermoelectric power generation technology that generates electricity using waste heat generated in the process of using energy regardless of an energy source have been actively conducted. Thermoelectric power generation technology is an energy production technology that generates electricity by generating a potential difference due to a temperature difference at both ends of the material. Recently, with the development of nanotechnology, a method for improving thermoelectric performance through interface and structural engineering has been researched. However, it is still limited to expensive and rare inorganic thermoelectric materials, and to replace it, the development of new interface and structural control technologies should be supported. In this thesis, we intend to develop a high-performance 2D thermoelectric material through interface engineering based on mobile hot-wire chemical vapor deposition (MHW-CVD) technology. It also aims to deal with research on the fabrication of next-generation thermoelectric materials through the development of reliable 3D nanopatterning technology based on proximity filed nanopatterning (PnP), functional materials coating technology, and low-dimensional material infiltration technology. For another promising application that requires the enhanced optical/chemical properties using the geometric advances of the 3D nanostructure, the high-performance puri-sensors for remediation of environmental pollutants based on the 3D nanostructured semiconducting oxide that can effectively utilize gas dynamics and light absorption is demonstrated.
오늘날 화석연료의 과도한 소비에 따른 에너지원의 고갈과 그 에너지를 사용하는 과정에서 생기는 환경오염에 관한 문제는 심각한 사회적 이슈로 인식되고 있다. 이러한 문제에 대한 해결책으로 에너지원에 구애받지 않고 에너지의 사용과정에서 나오는 버려지는 폐열을 이용하여 전기를 생산하는 열전발전 기술에 관한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 열전발전 기술은 소재 양단에 온도 차이에 의해 전위차이가 발생하게 되고 이를 통하여 전류가 흐르게 됨으로써 전기를 생산하는 에너지 생산기술이다. 최근에 나노기술의 발전과 함께 소재의 계면 및 구조 제어를 통해 열전 성능을 향상시키는 방법이 연구개발 되었다. 하지만 여전히 비싸고 희소한 무기물 열전 재료에 국한 되어 있고, 이를 대체하기 위해서는 새로운 계면 및 구조 제어 기술 개발이 뒷받침 되어야 한다. 본 학위 논문에서는 이동식 열원을 갖는 화학기상증착 기술에 기반하여 2차원 소재의 계면 제어 기술을 통한 고성능 열전 소재를 개발하고자 한다. 또한 신뢰성 있는 근접장 나노패터닝을 기반으로 한 3차원 나노패터닝 기술, 기능성 물질 코팅 기술 및 저차원 소재 함침 기술 개발을 통해 차세대 열전 소재 제작에 관한 연구를 다루고자 한다. 또한, 3차원 나노 구조체의 광학적/화학적 특성을 이용하여 또 다른 중요한 응용 분야로, 상온에서 빛을 이용하여 높은 효율로 활성화 가능한 3D 나노 구조화된 반도체 산화물 기반 고성능 환경 오염물 탐지 및 제거 응용에 관한 연구 내용도 포함되어 있다.
