초록 ▼

○ CoSb₃ 계 skutterudite 고온열전소재는 기존의 Si-Ge 계나 Pb-Te 계 소재에 비해서 경제적이고 친환경적이어서 주목받는 신소재이나, 현재 n-형 소재에 비해 p-형 소재의 기술개발이 부진하여 걸림돌이 됨. 본 연구에는 skutterudite 열전모듈 응용에 병목(neck) 기술인 p-형 소재기술개발에 중점.

○ 본 연구에서는‘p-형 skutterudite 열전소재 에너지변환 특성 향상을 위한 격자응력 조절기술’연구를 수행하였으며 세부적으로는 아래의 기술들 간의 융합연구를 수행.<

○ CoSb₃ 계 skutterudite 고온열전소재는 기존의 Si-Ge 계나 Pb-Te 계 소재에 비해서 경제적이고 친환경적이어서 주목받는 신소재이나, 현재 n-형 소재에 비해 p-형 소재의 기술개발이 부진하여 걸림돌이 됨. 본 연구에는 skutterudite 열전모듈 응용에 병목(neck) 기술인 p-형 소재기술개발에 중점.

○ 본 연구에서는‘p-형 skutterudite 열전소재 에너지변환 특성 향상을 위한 격자응력 조절기술’연구를 수행하였으며 세부적으로는 아래의 기술들 간의 융합연구를 수행.
• 결정입계 조절: RSP(Rapid Solidification Process) 기술을 통한 격자응력 조절, 결정립 나노화.
• 결함구조 형성: 침입형 rattler 조성설계 기술, 치환형 donor 조성설계 기술.
• 결과적으로 p-형 skutterudite 열전소재 분야에서 세계 수준의 물성 값 달성: 소재 ZT = 1.03 (3차년도).

○ 궁극의 p-형 skutterudite의 ZT 특성값 달성을 위해‘carbon 계 나노구조체’복합화 기초연구도 수행.
• Carbon 계 나노구조체 첨가를 통해 PGEC(Phonon Glass Electron Crystal)효과 극대화 예상.
• p-형 skutterudite는 n-형 소재에 비해서 carrier mobility가 낮으며, ‘입계 scattering’이 낮은 mobility의 원인으로는 추정되고 있음. 그러므로 향후 graphene 계 나노구조체를 입계에 첨가하여 전자의 mobility를 증가시킨다면 극대화된 열전 특성을 얻을 수 있음 (포논 scattering 증가도 함께 기대).

○ N-형 skutterudite는 rattler 조성개발로 비교적 쉽게 열전 특성 값(ZT)을 향상시킬 수 있는 것에 비해서 p-형 소재는 아래의 5가지 이상의 소재기술이 융합되어야 n-형만큼 물성 향상을 기대할 수 있음을 확인한 것이 본과제의 수행을 통한 이론적 진보.
• Rattler 조성 설계 및 제조기술
• 전하보상용 첨가제 설계 기술
• Melt spinnig 공정에 의한 nano grain 제조 기술
• 열전도도와 제벡계수, 모빌리티 동시제어를 위한 입계상 기술
• 부정합 계면에 의한 전도 특성 제어기술

○ 3차년도 사업계획서에 적은바 대로 개발된 소재기술의 산업적용을 위한 모듈기초기술 연구 병행.
• 고온용 (500℃) skutterudite 열전소재를 사용한 모듈의 내구성 향상을 위한 핵심기술은 ‘전극/소재 간 접합기술(brazing)’이며, brazing 기술에 핵심은‘고온에서 안정한 brazing 신조성 개발기술’과 ‘소재에 열화를 최소화하기 위한 저온 접합공정기술’두 가지로 요약 가능.

○ 14년 11월부터 17년 4월까지 2년 6개월간 총 14편의 SCI 논문(사사, 주저자) 성과(on-line 3편포함) 조분평 등록.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 8
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 9
• Ⅲ. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 18