P형 FeSi₂의 열전물성에 미치는 입자크기 및 첨가물 영향

국문 초록 (Abstract)

Fe-Si계 합금은 우주탐사용으로 응용되고 있는 Si-Ge합금보다는 낮은 성능지수를 나타내지만 원료가 풍부하여 저가이고, 제조가 간단하며, 800℃까지 사용가능한 중고온용 열전발전재료이다. 본 연구에서는 고주파 진공유도로를 이용 해서 제조한 p형 FeSi₂의 열전물성에 미치는 입자크기 및 첨가물 영향에 대해 조사하였다. 조성입자크기가 작을수록 소결 밀도 증가와 함께 입자와 입자간의 연결성 향상에 의해 도전율이 증가하였다. Seebeck 계수는 600∼800K에서 최고값을 나타내었고, 잔존하는 ε-FeSi 금속전도상에 의해 약간 감소하였다. Fe2O₃ 및 Fe3O₄를 첨가한 경우, 잔존 금속전도상 및 Si 결핍양 증가에 의해 도전율은 증가하였고 Seebeck 계수는 감소하였다. 반면에 SiO₂를 첨가한 경우에는 도전율과 Seebeck 계수 모두 상승하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Although Fe-Si based alloy has lower figure of merit than Si-Ge alloy applied for space probe, its low cost related to abundant raw material, rather simple processing, high temperature resistance and reliability up to 800℃ made it one of the most promising middle temperature thermoelectric generation materials. The effect of particle size and additive on the thermoelectric properties of p-FeSi₂ prepared by a RF inductive furnace was investigated. The electrical conductivity increased slightly with decreasing particle size and hence better grain-to-grain connectivity due to the increase of density. The Seebeck coefficient exhibited the maximum value at about 600∼800K and decreased slightly with increasing particle size. This must be due to the amount of residual metallic phase ε-FeSi. Fe2O₃ and/or Fe3O₄-doped specimens showed the higher electrical conductivity and the lower Seebeck coefficient due to increase of the metallic phase and Si-vacancy. On the other hand, SiO₂-doped specimen showed the higher electrical conductivity and the higher Seebeck coefficients.