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제안 방법

  • Zn(NO3)2·6H2O, Al(NO3)3·9H2O 및 hexamethylenetetramine을 전구체로 사용하여 솔루션 방법을 이용하여 90nm 정도의 크기를 가지는 Al이 2mol% 도핑된 ZnO 나노입자를 합성하였다.
  • 44의 무차원 열전성능지수를 발표하며 1996년에 Ohtaki 박사가 보고한 무차원 열전성능지수보다 높은 값을 나노구조화를 통해 처음으로 달성하였다.10) Jood는 Zn(CH3COO)2, Al(CH3COO)3, oleylamine과 pentanediol을 전구체로 하여 마이크로파 합성법을 통해 35 nm 정도의 결정립 크기를 가지는 Al이 도핑된 ZnO 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자를 냉간 정수압 성형과 950℃에서 상압 소결을 통해 벌크체로 제작하였다. 제작된 벌크체는 25 ~ 250 nm의 크기를 가지는 ZnO 결정립과 ZnAl2O4 나노석출물로 구성되어 있는 것을 미세구조 분석을 통해 확인하였다.
  • 10) Jood는 Zn(CH3COO)2, Al(CH3COO)3, oleylamine과 pentanediol을 전구체로 하여 마이크로파 합성법을 통해 35 nm 정도의 결정립 크기를 가지는 Al이 도핑된 ZnO 나노입자를 합성하고, 합성된 나노입자를 냉간 정수압 성형과 950℃에서 상압 소결을 통해 벌크체로 제작하였다. 제작된 벌크체는 25 ~ 250 nm의 크기를 가지는 ZnO 결정립과 ZnAl2O4 나노석출물로 구성되어 있는 것을 미세구조 분석을 통해 확인하였다. 이로 인해 포논이 결정립계에서 산란되는 것뿐만 아니라 ZnO와 ZnAl2O4 나노석출물 간의 계면에서도 추가적으로 산란이 일어나기 때문에 Al이 0.
  • Zn(NO3)2·6H2O, Al(NO3)3·9H2O 및 hexamethylenetetramine을 전구체로 사용하여 솔루션 방법을 이용하여 90nm 정도의 크기를 가지는 Al이 2mol% 도핑된 ZnO 나노입자를 합성하였다. 방전 플라즈마 소결은 900℃에서 진행하였고 소결 시간과 소결 압력은 각각 5분과 50MPa로 설정하였다. 방전 플라즈마 소결법을 이용하여 소결체를 제작하였기 때문에 나노입자의 결정립 성장이 효과적으로 억제되어 평균 200nm의 크기를 가지는 결정립이 소결체를 구성하고, 100nm 정도의 크기를 가지는 ZnAl2O4 나노석출물이 소결체의 전 지역에 걸쳐 생성되는 것을 미세구조 분석을 통해 밝혀내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산화아연의 밴드갭은 얼마인가? 약 3.4 eV의 넓은 밴드갭을 가지는 열전소재인 산화아연은 도핑을 하지 않을 경우에는 절연성을 보이나 기본적으로는 산소부족형 n형 반도체의 특성을 가진다. 그러나, 미량의 3가의 원소(Al, Ga, In)을 아연 자리에 치환할 경우 전기전도도가 비약적으로 상승하여 일본의 Minami 교수팀은 상온에서 10-4 Ω·cm 대의 낮은 비저항이 보고한 바 있으며, 이렇게 낮은 전기전도도와 넓은 밴드갭의 특성을 지니는 산화아연은 투명전극으로까지 활용할 수 있는 수준이다2).
산화아연 결정은 어떤 결정구조를 갖는가? 아연은 금속에 비해 상대적으로 큰 전기음성도를 가지며, 이에 다른 금속-산소간 결합에 비해 상대적으로 덜이온화된 아연-산소 결합을 가지고 있다. 또한 비록 Zn2+와 O2-의 이온반경비는 기하학적으로는 O2- 주위에 Zn2+가 6배위로 존재하는 것이 안정하나, 실제로는 4배위로 결합을 하고 있으며, 따라서 산화아연 결정은 ZnO4가 사면체의 정점을 공유하는 형태의 부르짜이트 (wurtzite) 결정구조를 가지며 이때의 이온 충진율은 조밀충진 대비 낮게 된다. 이러한 충진구조에 따라 산화아연에 존재하는 아연의 오비탈은 sp3 혼성궤도와 유사하게 여겨질 수 있으며, 따라서 산화물내의 결합은 이온결합 특성 이외에도 공유결합 특성을 많이 나타낸다.
산화아연계 열전소재의 효율 향상을 위해 파워 펙터의 큰 손실이 없는 한도에서 열전도율을 저감하는 것이 가장 중요한 개발 방향인 이유는? 한편 MgO, NiO 등 다른 산화물과 함께 고용체를 제작하여 열전율을 낮추려는 시도가 진행되었으나, 이는 전기전도도의 저하를 불러와 전체적인 열전특성의 향상을 가져오지는 못하였다7). 따라서 산화아연계 열전소재의 효율 향상을 위하여는 파워 펙터의 큰 손실이 없는 한도에서 열전도율을 저감하는 것이 가장 중요한 개발 방향임을 알 수 있으며, 최근 들어서는 나노구조화를 통해 열전특성을 향상시키려는 시도가 진행되고 있다.
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