초록 ▼

□연구개요
○ 본 연구는 Bi-Te 기반의 열전소재의 발전용으로 활용하기 위한 고온 특성을 향상시키는 연구로, 기존의 단순 도핑/나노구조화 전략과 차별화되는 Bi-Te계 열전소재의 결정립내 나노입자 분산을 통한 파워팩터 향상 및 열전도도 저감 효과를 동시에 구현시키는 것을 목표로 함.
○ 이를 위한 전략으로 나노입자를 합성하여 균일 분산하는 전략 및 조성제어/공정제어를 통해 분산하는 전략으로 나누어 연차별로 연구를 수행하였으며, n형과 p형의 열전소재 모두에 적용 가능한 조성 및 공정 개발을 수행하였음.
○ 이를 통

□연구개요
○ 본 연구는 Bi-Te 기반의 열전소재의 발전용으로 활용하기 위한 고온 특성을 향상시키는 연구로, 기존의 단순 도핑/나노구조화 전략과 차별화되는 Bi-Te계 열전소재의 결정립내 나노입자 분산을 통한 파워팩터 향상 및 열전도도 저감 효과를 동시에 구현시키는 것을 목표로 함.
○ 이를 위한 전략으로 나노입자를 합성하여 균일 분산하는 전략 및 조성제어/공정제어를 통해 분산하는 전략으로 나누어 연차별로 연구를 수행하였으며, n형과 p형의 열전소재 모두에 적용 가능한 조성 및 공정 개발을 수행하였음.
○ 이를 통해 최종적으로 본 연구에서 목표로 한 성능 수치를 상회하여 달성하였으며, 논문 및 특허 확보를 통해 핵심 기술을 확보함.

□연구 목표대비 연구결과
○ 본 연구의 최종 목표는 ‘열전소재의 온도 의존성을 변화를 위해 Bi-Te계 열전소재 결정립 내에 나노입자 이종상을 제어 합성’으로 나노입자의 도입을 통해 열전소재의 bi-polar 현상을 억제시켜 최대 성능지수를 고온으로 조절할 뿐만 아니라 제어 합성된 나노입자에 의한 캐리어 산란 효과 및 포논 산란 효과를 극대화시켜 높은 열전 특성을 갖는 소재를 개발하는 것임. (p형 ZT_ave≥1.0, n형 ZT_ave≥0.8 (@RT~200℃))
○ 본 연구개발을 통해 정성적으로는 단일 공정 기반의 급속 냉각법을 활용하여 나노입자가 입내/입계에 분산된 구조를 성공적으로 얻을 수 있었으며, 정량적으로는 p형 ZT_ave≥1.0, n형 ZT_ave≥0.8 (@ RT~200℃)를 크게 상회하는 열전소재 기술을 확보할 수 있었음.
○ 다양한 조성 개발을 진행하였으며, 결과적으로 크게 효과가 있었던 조성으로는 Cu₂Te 나노입자 및 FeTe₂ 나노입자의 도입이었으며, 이를 통해 파워팩터 향상 및 열전도도 저감을 효과적으로 일으킬 수 있었고, 이를 통해 p형 및 n형에서 상당히 높은 열전 성능을 보이는 것을 알 수 있었음.
○ 또한, 캐리어 제어를 통한 열전성능지수의 온도 의존성을 조절하는 핵심 기술을 확보할 수 있었으며, 본 기술을 통해 열전 냉각 및 발전에 활용성이 높은 소재 기술을 개발 완료함.
○ 본 연구를 통해 SCI 논문 9편, 비SCI 논문 1편을 게재하였고, 특허 등록 1건을 진행함.

□연구개발결과의 중요성
○ 본 기술은 유일하게 상용화된 Bi-Te계 열전소재에 대한 기술 개발으로써, 개발완료 후 의 활용성을 높이기 위한 소재 기술을 개발하는 것으로, 핵심 기술 개발을 통해 열전물성 뿐만이 아니라 자기적, 광학적, 기계적 특성 등의 소재 물성을 개선할 수 있는 혁신 소재로의 확장이 가능함.
○ Bi-Te계 열전소재를 고온에서 활용이 가능하도록 물성을 개선함으로써, 고온의 폐열이 발생하는 수송 및 산업 폐열을 재활용할 수 있는 에너지 선순환적 기술에 핵심적으로 기여할 것임.
○ 또한, 온도 의존성을 역으로 제어하여 열전 냉각에 필요한 소재를 개발할 수 있으며, 이는 현재 상용화된 응용처에 즉각적으로 활용이 가능하여, 산업적으로 큰 파급효과를 지님.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. Cu2Te 나노입자 복합화 기술 개발 ... 6
• 나. Melt-spinning 공정 및 Cu 도입을 통한 Bi0.5Sb1.5Te3계 p형 열전소재 개발 ... 8
• 다. Melt-spinning 공정 도입을 통한 Bi2Te2.7Se0.3계 n형 열전소재 개발 ... 11
• 라. FeTe2 나노인클루젼 분산기술을 통한 p형 열전복합체 제조 및 열전성능 평가 ... 12
• 마. FeTe2 나노인클루젼 분산기술을 통한 n형 열전복합체 제조 및 열전성능 평가 ... 16
• 바. n형 Bi2Te3-FexTe2x의 캐리어 농도 제어 ... 19
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 23
• 4. 참고문헌 ... 24
• 5. 연구성과 ... 27
• 끝페이지 ... 31