근래에 맞이할 에너지 고갈 위기에 대처하기 위해, 현재 대체 에너지 기술 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이 중 폐열을 이용한 열전 발전 기술은 신재생 에너지 기술 개발 수...
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국문 초록 (Abstract)
근래에 맞이할 에너지 고갈 위기에 대처하기 위해, 현재 대체 에너지 기술 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이 중 폐열을 이용한 열전 발전 기술은 신재생 에너지 기술 개발 수...
근래에 맞이할 에너지 고갈 위기에 대처하기 위해, 현재 대체 에너지 기술 개발을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이 중 폐열을 이용한 열전 발전 기술은 신재생 에너지 기술 개발 수요와 맞물려 신에너지 기술로 각광받고 있다.Bi-Te계 합금은 다양한 열전 재료 중 상온 영역에서 가장 우수한 열전 특성을 가지며, 그 특성을 향상시키기 위해 오랜 기간 연구가 진행되고 있다. 실용화된 열전 소자를 제작하기 위해서는 열전 소재의 열전 특성을 향상 시키는 것이 매우 중요하다. 그러한 열전 재료를 합성하는 방법으로는 단결정 성장, 이종 원소 첨가, 분말 소결법 등이 있으며, 이와 같은 방법을 이용해서 많은 연구가 진행되어 왔다. 최근에는 나노 분말을 소결하여 나노 구조를 가진 열전 재료를 제작하여 열전 성능을 비약적으로 향상하였다는 보고가 발표되고 있다.나노 구조체를 가진 벌크 열전 소재를 제작하는 방법은 나노 분말을 제작한 후 가압 소결이나 SPS (Spark Plasma Sintering)법을 이용하여 그 분말의 나노 구조를 유지하면서 결정성을 향상시키기 위해서 고온에서 짧은 시간 동안 소결하여야 한다. 그러나 이러한 방법은 고가의 장비가 필요하므로 재료의 생산 단가가 상승하고, 나노 분말을 제작하는 과정에서 재료가 쉽게 산화되며 이물질의 영향을 받을 뿐 아니라 환경오염 가능성도 매우 높아지게 된다. 위와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 벌크 형 열전 재료 합성에 대한 새로운 공정이 필요하다.본 연구에서는 냉간 변형된 재료를 열처리하였을 경우 회복 및 재결정이 일어나는 현상을 착안하여, 이를 p-type (Bi,Sb)2Te3 열전 재료에 적용하여 저온에서의 분말의 소결 가능성과 물성 변화의 거동을 파악하였다.Bi-Sb-Te를 적정 조성으로 잉곳을 제작 후 0 회에서 최대 20 회의 냉간 변형을 하고 저온에서 열처리를 하였다. X-선 회절 분석법(XRD)과 후방 산란 회절 분석(EBSD) 법을 이용하여 미세구조를 관찰하였을 때, 기존의 공정보다 비교적 낮은 저온에서 열전 물질의 합성이 가능하다는 것을 확인하였다. 냉간 변형 과정에서 발생한 인자들을 파악하여 열처리 시 미치는 영향을 예측하고, 열처리 시 재료의 열적, 전기적 특성과 미세구조의 변화를 분석하여 열전 특성과 미세구조와의 관계를 파악하고자 하였다. 열전 물성을 분석하였을 때, p-type 22.5 %Bi2Te3? 77.5 %Sb2Te3를 10 번 변형한 후 300 °C 에서 열처리를 하였을 경우, 성능지수가 3.0 x 10-3/K으로 기존의 공정으로 제작한 열전 재료의 열전 특성과 대등한 결과를 얻을 수 있었다.궁극적으로 열전 재료에 인위적으로 내부에너지를 인가하여 열처리하는 방식으로 저온 결정화가 가능하다는 것을 본 연구에서 제시하고자 한다. 이와 같은 저온 결정화 방법이 나아가 이종 원소 첨가에 의한 모상과의 계면 형성을 최소화하며 저비용, 고효율의 열전 재료를 제작할 수 있을 것으로 기대한다.