| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2018년 봄 (05/16 ~ 05/18, 삼척 쏠비치 호텔&리조트) |
| 권호 | 24권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 방전 플라즈마 소결 (Spark Plasma Sintering)를 이용한 Bismuth Telluride의 열전 특성 |
| 초록 | 신재생 에너지 기술 중 열전 기술은 열과 전기의 상호 가역적으로 일어나는 재료를 이용한 기술 이다. 열전 기술은 온도 구배에 따른 열 기전력이 발생되는 제벡 효과와 전류가 흐를 때 양 끝 단에서 열의 방출과 흡수가 일어나는 펠티어 효과를 이용하는 것으로 최근에는 미소 에너지 원으로도 열전 재료의 높은 에너지를 얻기 위한 효율 향상에 많은 연구가 이루어지고 있다. 열전 재료의 에너지 변환 효율은 무차원 성능 지수라 불리는 ZT (ZT = α2σT/ρ, α: 제벡 계수, σ: 전기 전도도, ρ: 열 전도도, T: 절대 온도)로 표현되며, 300~600K에서 0.7의 높은 열전 성능 지수를 갖는 Bi-Te 물질은 대표적인 열전 재료로서 bulk 형태뿐만 아니라 박막 형태, 나노 로드 형태로의 구조적 제조에서 도핑을 통한 특성 향상까지 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Bi와 Te의 ball milling을 통한 기계적으로 혼합된 Bi-Te 분말과 상업적으로 판매되는 화학적으로 혼합된 Bi-Te 분말을 방전 플라즈마 소결 (Spark Plasma Sintering, SPS)로 bulk 형태의 제작한 샘플에 대한 열전 평가를 실시하였다. Laser Flash Analysis (LFA)와 soucemeter를 이용하여 온도 변화에 따른 전기 전도도, 열 전도도, 제벡 계수를 확인하였으며, 이 세 변수의 계산으로 열전 성능 지수로 열전 효율을 비교하였다. 화학적 혼합된 분말에 대한 bulk 샘플은 n-type 특성을 나타내고 300K에서는 0.68의 ZT 값을 갖으며, 기계적 혼합된 분말에 대한 bulk 샘플은 p-type 특성으로 400K에서는 0.65을 확인하였다. 이에 동일한 Bi-Te 물질에서 n-type과 p-type이 나타나는 경향에 대해 원인을 밝히고자 다음과 같은 측정을 실시하였다. X-ray diffraction (XRD)와 transmission electron microscopy (TEM) 결과에서는 두 bulk 샘플에 대하여 Bi2Te3의 hexagonal 구조로서 (015), (110), (1010) 결정상을 확인하였다. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 측정으로 Bi:Te가 2:3의 화학적 결합임을 확인하였으나 각 샘플에 대한 Bi-O, Te-O, Bi-Te의 결합 비율이 다름을 확인하였다. 이로서 Bi-Te bulk 샘플에 산화물인 Bi-O, Te-O의 형성을 확인하였으며, 산소의 함유량이 Bi-Te의 열전 특성에 지대한 영향을 미침을 확인하였다. 본 연구를 통해 동종 물질 간 국소 조성 제어에 따른 P-N 접합으로의 형성 가능성을 제시하고자 한다. |
| 저자 | 김진서, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | <P>방전 플라즈마 소결; Bismuth Telluride; 열전 성능 지수(figure of merit); 산화물</P> |
