| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2017년 가을 (11/15 ~ 11/17, 경주 현대호텔) |
| 권호 | 23권 2호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | SPS를 통해 Bi2Te3 초기분말 상태에 따른 열전특성에 미치는 영향 연구 |
| 초록 | 전 세계적으로 환경 오염 규제 강화와 에너지 부존자원양의 감소에 따라 환경적, 자원적 요구 조건을 충족시킬 수 있는 대안으로 주목 받는 연구로 친환경적인 에너지 하베스팅 분야의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 에너지 하베스팅이란 버려지는 에너지를 수집하여 이를 사용 가능한 에너지로서의 변환함으로서 에너지 재활용을 의미하여, 이는 신재생 에너지 분야에서 가장 주목받는 기술로서 손꼽히고 있다. 에너지 하베스팅 기술 중 버려지는 열 에너지를 회수하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환하는 열전 기술은 간단한 시스템에서 높은 효율을 나타낸다. 이에 열전 재료는 재료에 따라 높은 열전 특성을 갖는 온도 영역이 있는데 저온 부근의 영역 즉, 300K에서 600K까지에서 가장 높은 열전 성능 지수를 갖는 물질로는 Bi-Te계 재료가 널리 사용 되고 있다. 본 실험에서는 버려지는 열 에너지를 회수하여 활용 가능한 에너지로서의 변환이 가능한 열전 소자 특성을 이용한 연구를 실시하였으며, 초기 분말 상태의 차이에 따른 전기적, 열적 특성 평가를 열전 성능 지수를 통해 비교하였다. 저온에서의 높은 열전 특성을 나타내는 Bi powder와 Te powder를 혼합한 분말과 합금된 BiTe powder를 각각 조건별로 spark plasma sintering (SPS) 공정을 통해 bulk 샘플을 제작하였다. Brunauer–Emmett–Teller와 pycnometer를 통해 Bi-Te powder의 초기 상태 비교를 실시하였으며, X-ray diffraction (XRD) 측정을 통해 SPS 공정을 제작된 bulk Bi-Te 샘플의 결정 구조를 확인하였다. 그리고 transmission electron microscopy (TEM) 측정으로 미세 형상으로의 원자 배열 상태 및 미소 부위의 구성 성분의 성분 분석 및 분율을 확인하였다. 추가로 구성 원소, 조성비 및 화학적 결합 상태나 물질간의 상호 결합에 의해 형성되는 계면 특성 등을 분석하는 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)을 측정하여 물리적 화학적 분석을 실시하였다. 온도에 따른 전기 전도도와 열 전도도, Seebeck 계수는 soucemeter와 laser flash analysis (LFA)를 통해 측정하였으며, 얻은 전기 전도도와 열 전도도, Seebeck 계수를 계산하여 열전 재료의 효율을 비교하였다. 혼합된 분말과 합금된 분말은 국부적인 영역에서 조성비가 달랐으며 혼합된 분말은 Bi2Te3상외에 다른 상이 나타났다. Bithmuth telluride는 chemical compositon에 따라 전기적 특성에 영향을 받는다. 혼합된 분말은 Bi-rich하여 합금된 분말과 전기전도도에서 뚜렷한 차이를 나타내어 결과적으로 Seebeck 계수가 서로 반대되는 양상을 나타내는데 가장 큰 영향을 미쳤다. |
| 저자 | 강명진, 김진서, 오민석, 안병민, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | Bi-Te; spark plasma sintering; Seebeck coefficient; Thermoelectric |
