| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2005년 가을 (11/10 ~ 11/11, 한양대학교) |
| 권호 | 11권 2호 |
| 발표분야 | 에너지환경재료 |
| 제목 | 기계적 합금화에 의해 제조된 Skutterudite FexCo4-xSb12의 열전특성 |
| 초록 | 1. 서론 최근 우수한 신물질 조사 결과, skutterudite 결정 합금시스템은 격자 열전도도 감소에 의한 열전에너지 변환 특성의 향상이 기대되는 결정구조로 잠재력이 풍부한 열전소재군의 하나로서, 여러 종류의 skutterudites의 조성, 도펀트, filler 등의 영향과 이에 따르는 합성 또는 제조방법에 대한 연구가 진행되고 있다.1,2) 본 연구에서는 화학양론비 조성의 unfilled skutterudite CoSb3에 dopant로서 치환형 Fe를 첨가한 조성을 기계적 합금화 공정을 통해 제조하였으며, 치밀화 소결공정 방안으로 진공 열간압축성형 공정을 이용하여 단상의 δ상을 합성하였고 열전 특성을 분석하여 온도의존성 평가와 상변태에 대한 상관관계를 조사하였다. 2. 실험방법 화학양론비 조성이 되도록 -325mesh의 Fe(순도99.9%), Co(99.9%), Sb(99.9%)을 혼합한 후, Ar 분위기의 Szegavari type attritor mill을 사용하여 최대 500rpm의 속도로 100시간 동안 기계적 합금화 공정을 실시하였다. 밀링시 ZrO2 볼과 분말의 중량비는 20:1로 하였다. 밀링된 분말은 -325mesh로 분급한 다음 진공열간 압축성형법을 이용하여, 823K에서 2시간동안 60MPa의 압력으로 성형하였다. Helium pycnometer를 사용하여 밀도를 측정하였으며, X-선 회절분석기를 이용하여 밀링시간에 따른 상변화 거동을 분석하였다. 전기전도도(σ)는 4단자법으로 측정하였으며, laser flash method (ULVAC TC-7000)에 의해 열전도도(λ)를 측정하였고, Seebeck 계수(α)는 constant temperature gradient법으로 측정하였다. 측정된 각각의 α, σ, λ로부터 열전 성능지수(ZT= ασ2T/λ)를 계산하여 온도에 따른 열전 특성을 상온에서 600K까지 조사하였다. 3. 실험결과 기계적 합금화 공정으로 제조된 FexCo4-xSb12 합금 분말을 823K에서 2시간동안 어닐링을 하여 δ-skutterudite상의 분말을 합성하였다. 진공 열간 압축성형 방법으로 크랙과 기공이 거의 없는 치밀 조직의 시편을 제조하였다. Seebeck 계수는 모두 양의 값으로 p-형 반도체의 특성을 나타내고 있으며, 온도의 증가에 따라 Seebeck계수가 증가하여 550K에서 최대 180(㎶/K)을 나타냈다. 300～600K 구간에서 온도의 증가에 따라 전기전도도는 감소하였고, 열전도도는 온도상승에 따라 감소하는 거동을 보이고 있으며 570K에서 2.4W/㎝/K의 최소값을 나타내었다. Fe1.5Co2.5Sb12조성의 시편의 열전성능지수(ZT)는 525K에서 최대 0.78로 조사되었으며, 이는 unfilled CoSb3에 비해 15배 이상의 효율을 나타내고 있다. 기계적 합금화 공정에 의한 FexCo4-xSb12계의 합성은 타 공정에 비해 상의 안정화, 미세조직 및 열전 특성에 있어 매우 우수한 공정으로 판단되며, 향후 금속간 화합물계 열전 소재의 합성에 있어서 효율적인 대체 공정으로 활용될 것으로 기대된다. 감사의 글 : 본 연구는 산업자원부의 지역협력연구센터사업의 지원에 의해 수행되었으며, 이에 감사드립니다. 참고 문헌 [1] T. Caillat, A Borshchevski and J-P. Fleurial, J. Appl. phys. 80(8), 4442 (1996) [2] J. W. Sharp, E. C. Jones, R. K. Williams, P. M. Martin and B. C. Sales, J. Appl. Phy., 78(2), 1013 (1995) |
| 저자 | 권준철, 김흥석, 조경원, 김일호, 어순철 |
| 소속 | 충주대 |
| 키워드 | Mechanical alloying; Thermoelectric; Hot pressing |
