[논문]회수된 Bi2Te3의 계면활성제에 따른 합성 및 성장 거동

소형섭; 송은필; 좌용호; 이근재

doi:10.4150/kpmi.2017.24.2.141

회수된 Bi2Te3의 계면활성제에 따른 합성 및 성장 거동
The Preparation and Growth Mechanism of the Recovered Bi2Te3 Particles with Respect to Surfactants 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.24 no.2, 2017년, pp.141 - 146

소형섭 (단국대학교 에너지공학과) , 송은필 (한양대학교 융합화학공학과) , 좌용호 (한양대학교 융합화학공학과) , 이근재 (단국대학교 에너지공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

$Bi_2Te_3$ powders are recovered by wet chemical reduction for waste n-type thermoelectric chips, and the recovered particles with different morphologies are prepared using various surfactants such as cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS), and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). When citric acid is added as the surfactant, the shape of the aggregated particles shows no distinctive features. On the other hand, rod-shaped particles are formed in the sample with CTAB, and sheet-like particles are synthesized with the addition of SDBS. Further, particles with a tripod shape are observed when EDTA is added as the surfactant. The growth mechanism of the particle shapes depending on the surfactant is investigated, with a focus on the nucleation and growth phenomena. These results help to elucidate the intrinsic formation mechanism of the rod, plate, and tripod structures of the $Bi_2Te_3$ recovered by the wet reduction process.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

)에서 사용되고 있으며, 산업의 발달로 인해 수요가 급증하고 있다[22]. 본 연구에서는 폐 열전소자에서 열전소재를 회수 및 재활용 시 입자의 형상과 입도를 제어하여 기존의 열전소재보다 특성이 향상된 재활용 소재를 제조하고자 하였다. 폐 열전 모듈에서 n-type의 Bi₂Te₃ 열전소재를 용액상으로 회수한 후 습식 야금 공정을 통해 다양한 형상을 가지는 Bi₂Te₃ 입자를 제조하였으며, 입자합성 중 첨가제에 따른 입자의 형상 제어와 형성 메커니즘을 제시하였다.

제안 방법

본 연구에서는 폐 열전 모듈을 HNO₃ 수용액에 용해시켜 환원반응을 통해 다시 Bi₂Te₃를 회수한 후 서로 다른 형태의 입자를 제조하는 연구를 진행하였다. 계면활성제에 따라 Bi₂Te₃ 입자 형상에 미치는 영향을 분석하기 위해 습식 야금 공정을 사용하여 실험을 진행하였으며, 환원 공정을 통해 제조한 분말의 XRD 분석결과 같은 Bi₂Te₃ 스펙트럼을 나타냈다.
본 연구에서는 폐 열전소자에서 열전소재를 회수 및 재활용 시 입자의 형상과 입도를 제어하여 기존의 열전소재보다 특성이 향상된 재활용 소재를 제조하고자 하였다. 폐 열전 모듈에서 n-type의 Bi₂Te₃ 열전소재를 용액상으로 회수한 후 습식 야금 공정을 통해 다양한 형상을 가지는 Bi₂Te₃ 입자를 제조하였으며, 입자합성 중 첨가제에 따른 입자의 형상 제어와 형성 메커니즘을 제시하였다.

성능/효과

이를 통해 계면활성제가 Bi₂Te₃의 제조에 영향을 미치지 않은 것을 알 수 있었으나, FE-SEM 측정 결과 계면활성제에 따라 제조된 분말마다 상이한 결과를 관찰할 수 있었다. Citric acid를 사용했을 때에는 특정한 입자의 형상이 보이지 않았으나 CTAB을 사용하였을 때에는 막대 모양, SDBS를 사용하였을 때에는 판상, EDTA를 사용하였을 때에는 pod 모양이 측정되었다. 막대 형상 입자가 제조된 경우에는 CTAB의 친수성 부분과 소수성 부분의 배열로 인해 막대 형상이 제조되었으며, SDBS를 사용한 판상 형태의 입자는 계면활성제가 [001] 방향으로의 성장을 억제하여 2차원적으로 성장된 것으로 예상되었다.
막대 형상 입자가 제조된 경우에는 CTAB의 친수성 부분과 소수성 부분의 배열로 인해 막대 형상이 제조되었으며, SDBS를 사용한 판상 형태의 입자는 계면활성제가 [001] 방향으로의 성장을 억제하여 2차원적으로 성장된 것으로 예상되었다. EDTA의 경우에는 3개의 방향으로 입자가 성장하였고 서로의 다리의 각도는 120^o 정도로 성장함으로 보아 EDTA의 역할은 [001] 방향으로의 성장을 억제함과 동시에 pod의 성장을 유리하게 이끌어주는 것으로 예상되었다.
Citric acid를 사용했을 때에는 특정한 입자의 형상이 보이지 않았으나 CTAB을 사용하였을 때에는 막대 모양, SDBS를 사용하였을 때에는 판상, EDTA를 사용하였을 때에는 pod 모양이 측정되었다. 막대 형상 입자가 제조된 경우에는 CTAB의 친수성 부분과 소수성 부분의 배열로 인해 막대 형상이 제조되었으며, SDBS를 사용한 판상 형태의 입자는 계면활성제가 [001] 방향으로의 성장을 억제하여 2차원적으로 성장된 것으로 예상되었다. EDTA의 경우에는 3개의 방향으로 입자가 성장하였고 서로의 다리의 각도는 120^o 정도로 성장함으로 보아 EDTA의 역할은 [001] 방향으로의 성장을 억제함과 동시에 pod의 성장을 유리하게 이끌어주는 것으로 예상되었다.
계면활성제에 따라 Bi₂Te₃ 입자 형상에 미치는 영향을 분석하기 위해 습식 야금 공정을 사용하여 실험을 진행하였으며, 환원 공정을 통해 제조한 분말의 XRD 분석결과 같은 Bi₂Te₃ 스펙트럼을 나타냈다. 이를 통해 계면활성제가 Bi₂Te₃의 제조에 영향을 미치지 않은 것을 알 수 있었으나, FE-SEM 측정 결과 계면활성제에 따라 제조된 분말마다 상이한 결과를 관찰할 수 있었다. Citric acid를 사용했을 때에는 특정한 입자의 형상이 보이지 않았으나 CTAB을 사용하였을 때에는 막대 모양, SDBS를 사용하였을 때에는 판상, EDTA를 사용하였을 때에는 pod 모양이 측정되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열전 소자는 현재 어떤 연구가 진행되고 있는가?	열전 소자는 고체상태에서 열 에너지와 전기 에너지를 서로 가역적으로 변환시키는 반도체 소자로서[1], 에너지 하베스팅 및 정밀 가열/냉각 장치 등의 다양한 응용을 위한 활발한 연구가 진행 중이다. 그러나 아직까지는 열전성능 및 효율향상이 기대에 미치지 못하고 있는 실정으로서, 열전성능 향상을 위한 연구도 병행되고 있다[2-5].
	열전 소자는 무엇인가?	열전 소자는 고체상태에서 열 에너지와 전기 에너지를 서로 가역적으로 변환시키는 반도체 소자로서[1], 에너지 하베스팅 및 정밀 가열/냉각 장치 등의 다양한 응용을 위한 활발한 연구가 진행 중이다. 그러나 아직까지는 열전성능 및 효율향상이 기대에 미치지 못하고 있는 실정으로서, 열전성능 향상을 위한 연구도 병행되고 있다[2-5].
	열전소재의 주요원소는 무엇인가?	열전소재의 주요원소인 Te와 Bi는 현재 다양한 분야(thermoelectric semiconductor, PV cell, catalyst, gas sensing etc.)에서 사용되고 있으며, 산업의 발달로 인해 수요가 급증하고 있다[22].

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