| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2005년 봄 (05/26 ~ 05/27, 무주리조트) |
| 권호 | 11권 1호 |
| 발표분야 | 에너지환경재료 |
| 제목 | 열간압축 성형법으로 제조한 Zn4Sb3의 저온 열전특성 |
| 초록 | 열-전기 직접 에너지 변환재료인 열전재료의 실용화를 목표로 열전 변환효율의 향상과 더불어 신소재의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. Zn4Sb3는 450K-650K의 중온영역에서 우수한 열전 성능지수를 나타내는 재료로 대두되어, 이에 대한 합성공정 및 특성평가에 대한 연구가 진행중이다. Zn4Sb3에는 α상(263K이하에서 안정), β상(263K-765K에서 안정) 및 γ상(765K이상에서 안정)의 3가지 상이 존재하며, 이중 β-Zn4Sb3(ε-Zn4Sb3라 칭하는 연구자도 있음)는 육방능면체(hexagonal rhombohedric) 결정구조를 갖고 있고, 격자상수가 a=12.231Å, c=12.428Å로 공간군 R3C에 속하는 물질로서, 우수한 열전특성을 보이는 반도체상이다. β상에 대한 연구는 상온에서 중온영역까지의 열전특성 최적화에 관한 것이 대부분이고, α상과 β상의 상변태 온도(263K)를 고려한 300K이하의 저온 특성에 관한 연구는 거의 없다. 따라서 Zn4Sb3의 상온 및 저온 응용 가능성 검토 및 기초 물성자료의 확보차원에서 이에 대한 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 열간압축 성형법으로 제조된 Zn4Sb3에 대하여 4K-300K의 저온 열전특성을 조사하였으며, α-Zn4Sb3와 β-Zn4Sb3의 상변태에 따른 열전특성의 변화를 비교·평가하였다. 열간압축 공정중 발생하는 Zn의 휘발손실을 보전하기 위하여 1.2 at%Zn를 추가한 혼합분말을 사용하여 β-Zn4Sb3 단상을 합성하는데 성공하였다. 미세균열이 없고 이론밀도의 98.5%에 해당하는 소결밀도를 갖는 아주 건전한 소결체를 얻을 수 있었으며, 상온에서의 열전특성과 이동특성이 타 연구자들이 발표한 연구결과와 유사하여 합성공정과 측정장비의 신뢰성을 확보하였다. 4K에서 300K까지 열전특성의 온도 의존성을 조사한 결과, Seebeck 계수, 전기전도도, 열전도도, 성능지수 모두 242K 불연속(peak)이 나타났으며, 이는 α-β 상변태에 기인한 결과이다. Zn4Sb3의 열전도도는 포논에 의한 격자 열전도도가 지배적이기 때문에 도핑, 고용 등 격자산란을 유도하여 격자 열전도도의 감소에 의한 열전특성의 향상이 기대된다. Acknowledgement: 본 연구는 산업자원부의 지역협력연구센터 육성사업의 지원에 의해 수행되었습니다. |
| 저자 | 박종범, 어순철, 김일호 |
| 소속 | 충주대 |
| 키워드 | zinc antimonide; thermoelectric; hot pressing; low temperature |
