열전재료는 열에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 열전지로서, 또는 냉각이나 가열을 할 수 있는 엔진으로서 다양한 용도가 있는 재료이다. 더우기 겉 모양도 특별하지 않고 작동 중 아무런 잡음도 없으며, 주위보다도 온도가 더 높다든가 하지도 않기 때문에 육안으로나, 소리로나 심지어는 적외선 감지기로도 감지하기 어려워 미국 등지에서는 군사목적으로 특히 많이 사용되고 있다. 열전재료로서의 성능은 전기전도도(σ)와 Seebeck 계수(S)와 열전도도(K(sub)T)에 의하여 결정되는데, figure-of-merit, z=σS(sup)2/
열전재료는 열에너지를 전기에너지로 직접 전환하는 열전지로서, 또는 냉각이나 가열을 할 수 있는 엔진으로서 다양한 용도가 있는 재료이다. 더우기 겉 모양도 특별하지 않고 작동 중 아무런 잡음도 없으며, 주위보다도 온도가 더 높다든가 하지도 않기 때문에 육안으로나, 소리로나 심지어는 적외선 감지기로도 감지하기 어려워 미국 등지에서는 군사목적으로 특히 많이 사용되고 있다. 열전재료로서의 성능은 전기전도도(σ)와 Seebeck 계수(S)와 열전도도(K(sub)T)에 의하여 결정되는데, figure-of-merit, z=σS(sup)2/K(sub)T의 값이 클수록 에너지 변환효율이 높아진다. 이러한 특성들은 재료의 결함구조와 미세구조에 의하여 좌우된다. 따라서 열전재료의 특성을 조절하거나 효율이 큰 열전재료를 설계할 수 있으려면 이들 특성과 결함구조와 미세구조를 결정하는 재료 변수들과의 관계를 이해하지 않으면 안된다. 본 연구에서는 1) 열전현상 자체에 관한 기초연구를 통하여 열기전력의 물리화학을 이해하고, 2) 저온 및 고온 열전재료의 단결정과 미세구조가 잘 조절된 열전재료를 제조하는 방법을 확립하고, 3) 미세구조가 열전특성에 미치는 영향을 규명하고, 4) 이 기능성 소재의 bulk 특성 결정에 결정적인 역할을 하는 nonstoichiometry를 전기화학적 방법 (Coulometric titration)으로 분석하는 방법을 확립하며, 5) 이 nonstoichiometry가 열전현상에 미치는 영향을 정량적으로 규명하고자 하였다. 이 연구는 삼년간에 걸쳐서 telluride계, cuprate계, sulfide계, oxide계에 대하여 수행되었다.
Abstract▼
Thermoelectric materials may be employed for a direct conversion of heat into electrical energy or as working substances for local cooling or heating. Furthermore, thdy currently see many millitary applications as the quiet thermoelectric power source is hardly detected by visual, aural and even in
Thermoelectric materials may be employed for a direct conversion of heat into electrical energy or as working substances for local cooling or heating. Furthermore, thdy currently see many millitary applications as the quiet thermoelectric power source is hardly detected by visual, aural and even infrared detectors. The efficacy of a thermoelectric material is represented by the magnitude of the figure-of-merit, z=σS(sup)2/K(sub)T, where the electrical conductivity σ, the Seebeck coefficient S, and the thermal conductivity K(sub)T are determined both by defect structure and microstructure. One has, thus, to understand the correlations of these properties with materials parameters including thermodynamic and processing parameters in order to put the figure-of-merit under one's control for the design or tailoring of the material. This research has been aimed : i) to understand the innerworkings of the phenomenon of thermoelectricity itself, ii) to establish the methods to fabricate single crystalline and polycrystalline thermoelectric materials with well-controlled microstructures, iii) to investigate the effect of the microstructure on the thermoelectric porperties, iv) to establish the technique of Coulometric titration for the measurement of the extent of nonstoichiometry of thermoelectric compounds with an extreme precison, and finally, v) to learn quantitatively the effect of the nonstoichiometry on thermoelectricity. The research was extended over a period of three years, where the materials systems of tellurides, cuprates, sulfides, and oxides were examined.
목차 Contents
총괄 목차...8
I. 총괄 연구목적, 연구내용 및 방법...10
II. 제 1 세부 과제 : 혼합 전도체 화합물의 열전특성...22
III. 제 2 세부 과제 : 에너지 변환용 열전재료의 단결정 성장...300
IV. 제 3 세부 과제 : 열전 특성에 대한 미세구조의 영향...394
V. 제 4 세부 과제 : 전기화학적 방법에 의한 열전재료의 nonstoichiometry분석...476
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