초록 ▼

본 연구의 목표는 전기도금과 갈바니치환으로 열전소재를 합성하는 방법을 개발하고 그 물성을 알아보는 것이다. 1차년도에는 전기도금 공정의 개발, 유기첨가제의 특성 분석 그리고 갈바니치환 반응을 조절하기 위한 공정변수를 확립하였다. 이를 기반으로 다양한 조성의 금속 박막 도금과 물성 분석을 완료하였고, 1차년도 목표인 전기도금 코발트 박막에 대한 갈바니치환공정을 통해 BiTe 박막의 합성에 성공하였다. 이어서 BiTe 박막의 열물성 중 하나인 전기전도도 측정을 시도하였다. 그러나 측정과정에서 문제가 발견되었다. 즉, 전기 전도특성과 열

본 연구의 목표는 전기도금과 갈바니치환으로 열전소재를 합성하는 방법을 개발하고 그 물성을 알아보는 것이다. 1차년도에는 전기도금 공정의 개발, 유기첨가제의 특성 분석 그리고 갈바니치환 반응을 조절하기 위한 공정변수를 확립하였다. 이를 기반으로 다양한 조성의 금속 박막 도금과 물성 분석을 완료하였고, 1차년도 목표인 전기도금 코발트 박막에 대한 갈바니치환공정을 통해 BiTe 박막의 합성에 성공하였다. 이어서 BiTe 박막의 열물성 중 하나인 전기전도도 측정을 시도하였다. 그러나 측정과정에서 문제가 발견되었다. 즉, 전기 전도특성과 열전도 특성 측정에 금속인 작용전극의 효과가 중첩되어 열전소재만의 특성을 알 수 없다는 문제이다. 따라서 BiTe 박막만의 물성을 측정을 위해 작용전극에서 BiTe를 분리하는 것이 필요하게 되었다. 이를 위해 전기전도도는 작용전극의 금속 수준을 유지하면서 BiTe와의 접착력이 낮은 물질을 발견하는 것이 필요하게 되었다.

2차년도에는 다양한 고전도성 물질을 작용전극으로 이용하여 전기도금 코발트 박막의 접착력을 낮추는 방향을 모색하였다. 먼저 코발트와 합금을 형성하지 않는 금속을 작용전극으로 이용하는 방법을 시도하였으나 대부분의 금속표면에서 전기도금 코발트를 분리하는 것이 불가능하였다. 다양한 금속과의 반응성 및 결합력을 조사한 결과, 코발트는 Ti 및 stainless steel (SUS304)과의 결합력이 상대적으로 작다는 사실을 발견하였다. Ti 전극 표면에 코발트를 도금하여 kepton tape으로 분리하였다. 그러나 kepton tape은 대단히 접합력이 강하여 그 표면에서 BiTe를 분리하기 불가능하였다. 또한 kepton tape 표면에 부착되어 있는 코발트는 갈바니치환이 단면으로 진행이 되는 문제가 있으며, BiTe의 전기전도도 측정을 위한 인듐접합의 형성과정에서 tape가 변형되고 결과적으로 BiTe의 분쇄를 초래하는 문제가 있었다. 아울러 kepton tape을 용매로 용해하고자 하였으나 기본적으로 kepton tape은 모든 유-무기 용매와 반응하지 않았다. 최종적으로 용매로 분해되는 tape을 탐색하게 되었다. 대부분의 상용 스카치 테이프와 테이프 표면의 접착제 THF (tetrahydrofuran, (CH₂)₄O)와 DMF (dimethylformamide, C₃H₇NO)에 용해되는 특성이 있음을 알게되었다. 두 용매를 사용해 본 결과 DMF가 용해력은 THF 보다는 우수하지만 bp가 높고 접착제를 제거하기가 좀 더 어려운 문제가 있었다. 다양한 공정변수의 탐색 결과 최종적으로 free-standing 코발트를 제작하기 위해 채택한 공정을 개발하였는데, 각 단계별 조건은 다음과 같다.
- 작용전극: 도금 조건에 따라 Ti 혹은 SUS304
- 전기도금: 코발트
- 코발트 분리: 스카치 테이프 (Model 810, 3M)
- 스카치 테이프 용해: THF (tetrahydrofuran), DMF (dimethylformamide)
- Free-standing Co 박막 획득 후 갈바니치환으로 BiTe 박막 합성

이러한 공정을 통해 (1) 전기도금 코발트로부터 free-standing BiTe 박막을 제작하는데 성공하였으며 (2) 유사한 방법으로 (2) free-standing BiTe의 전기도금 제작방법을 개발하였다.

3차년도에는 유기첨가제가 코발트 박막의 물성, 특히 결정성과 입도에 미치는 영향을 조사하였고, 그에 따라 달라지는 BiTe의 물성을 조사하였다. 또한 전기도금 BiTe의 열전특성 중 power factor를 측정하였다. 공정의 개발에 대단히 많은 시간이 소요되었지만, 향후 열전소재의 물성을 조절할 수 있는 기반 기술의 개발에 성공하였으며, 이들 소재의 특성 측정을 위한 기반이 조성되었다.

(출처 : I. 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10