KR100440268B1 - The method for manufacturing of thermocouple material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Bi2Te3-Sb2Te3계 합금 용융및 성장장치와 수소환원로, 열간압축장치, 코팅및 가공장치를 이용하여. Bi2Te3-Sb2Te3합금을 용융장치에서 용융한 다음 수소환원로에서 환원시킨 다음, 냉각하여 분쇄기로 분말화 시킨 후에, 상기 분말화된 Bi2Te3-Sb2Te3합금을 다시 상기 용융장치에 장입시켜 성장시키거나, 열간압축장치를 이용하여 일방향성으로 유지시킨 다음 그 표면에 통상의 Mo도금 및 Ni도금을 하여 Mo및 Ni층을 형성시킨 후, 그 상부에 폴리머접착제층을 형성시킨 후에 동전극으로 부착한 다음, 그 상부에 다시 폴리머접착제층을 형성시켜 니켈도금층,세라믹코팅층, SUBSTRATE, 알루미늄합금의 순서로 구성된 표면에 접착시켜 제조된 열전재료의 제조방법인 것이다.The present invention utilizes a Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 based alloy melting and growth apparatus and a hydrogen reduction reactor, hot compression apparatus, coating and processing apparatus. The Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy is melted in a melting apparatus and then reduced in a hydrogen reduction reactor, cooled and powdered by a grinder, and then the powdered Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy is again After growth by charging into the melting apparatus, or maintaining one-way using a hot compression apparatus, and then the ordinary Mo plating and Ni plating to form a Mo and Ni layer on the surface, and then a polymer adhesive layer on the top After forming and then attaching with a coin electrode, and then forming a polymer adhesive layer on top of it, it is a method of manufacturing a thermoelectric material prepared by adhering to the surface consisting of nickel plating layer, ceramic coating layer, SUBSTRATE, aluminum alloy in this order.

Description

열전재료의 제조방법{The method for manufacturing of thermocouple material}The method for manufacturing of thermocouple material

본 발명은 화학적으로 균질한 Bi2Te3-Sb2Te3계 열전재료의 제조장치 및 그를 이용한 제조방법에 관한 것으로서, 상세히 설명하면 열간 압출공정을 이용하여 열전재료의 고밀도화, 미세조직의 입도미세화및 일방향성을 크게 높일 수 있으며, 열전재료의 기계적 특성향상및 절단시에 회수율을 크게 증가시킴으로서 열전재료의 생산성을 크게 개선시킬 수 있는 열전재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a chemically homogeneous Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 based thermoelectric material, and a manufacturing method using the same, which will be described in detail. And a method of manufacturing a thermoelectric material which can greatly increase the unidirectionality and greatly improve the productivity of the thermoelectric material by greatly improving the mechanical properties of the thermoelectric material and increasing the recovery rate at the time of cutting.

본 발명에서 사용되는 열전재료는 정밀전자부품의 국부냉각에 사용되는 것으로서, 열발전기, 적외선 추적기의 센서보호장치, 광통신레이저 냉각장치 냉온수기의 냉각장치, 반도체 온도저절장치, 열교환기, 반도체의 CPU등에 주로 이용되며, 기기내부에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 역할을 한다.The thermoelectric material used in the present invention is used for local cooling of precision electronic components, and is used in a thermo generator, a sensor protection device of an infrared tracker, an optical communication laser cooling device, a cooling device of a cold / hot water device, a semiconductor temperature saving device, a heat exchanger, a CPU of a semiconductor, and the like. It is mainly used to release heat generated inside the device to the outside.

열전재료는 19세기 초에 열전현상인 지백효과(Seebeck effect), 펠티에효과 (Peltier effect), 톰슨효과(Thomson effect)의 발견후, 1930년대 후반부터 반도체의 발전과 더불어 열전성능 지수가 높은 열전재료로 개발되어 최근에는 열전 발전을 이용한 산간 벽지용, 우주용, 군사용등의 특수 전원장치로의 사용과 열전 냉각을 이용한 반도체 레이저 다이오드, 적외선 검출소자등에서의 정밀한 온도제어나컴퓨터 관련 소형 냉각기등에 사용되어 있다.After the discovery of Seebeck effect, Peltier effect and Thomson effect, the thermoelectric phenomena in the early 19th century, thermoelectric materials with high thermoelectric performance index with the development of semiconductor in the late 1930s Recently, it has been used for special power supply devices such as mountain wallpaper, space, military, etc. using thermoelectric power generation, semiconductor laser diodes using thermoelectric cooling, precise temperature control in infrared detection devices, etc. have.

열전재료의 효과는 열전재료의 화학적균질화의 증가에 따라 상승되므로 화학적으로 균질한 고용체를 얻는 것이 중요하다.Since the effect of thermoelectric materials increases with increasing chemical homogenization of thermoelectric materials, it is important to obtain a chemically homogeneous solid solution.

종래의 제조방법은 대역용융법에 의한 단결정 성장법, 분쇄에 의한 분말 소결법, 장기간 thens법 등이 있으나 균질한 합금을 얻기 어려우며, 특히 단결정성장법은 Te의 편석 존재에 따른 불균질한 고용체로 응고시작점과 응고 종료점사이의 성분차이로 열전특성의 큰 차이를 보이고 있으며, 이러한 단결정 성장법에 의해 얻어진 열전변화재료는 성능은 우수하지만 단위점이 사방육면체로 밑면이 벽개변이 되어 있어 가공시 벽개면을 따라 쉽게 쪼개져서 회수율이 저하되고 기계적강도도 매우 약하고, 또한 분쇄에 의한 분말 소결법은 잉고트 분쇄시 잉고트 자체가 Te의 편석 존재로 분균일한 고용체로 화학적으로 균질한 열전재료를 제조하기 어려우며 분말 제조과정 및 처리과정에서의 불순물 혼입등으로 캐리어 농도의 변화가 우려되며 특히 분말 제조시간의 장기화로 많은 문제점이 있어 많은 연구가 다음과 같이 계속 개발되어 왔다.Conventional manufacturing methods include single crystal growth method by band melting method, powder sintering method by grinding, long time thens method, etc., but it is difficult to obtain homogeneous alloys. Particularly, single crystal growth method solidifies into a heterogeneous solid solution due to the presence of Te segregation. The difference in thermoelectric properties is shown due to the difference between the starting point and the end point of solidification.The thermoelectric material obtained by the single crystal growth method has excellent performance, but the unit point is a tetrahedron, so that the base is wall-changed. The recovery rate is reduced, the mechanical strength is very weak, and the powder sintering method by grinding is difficult to manufacture chemically homogeneous thermoelectric material with uniform solid solution due to segregation of Te during ingot grinding. Incorporation of impurities in the process may cause a change in carrier concentration. There are many problems with prolonged time has been a lot of research is still developing as follows:

국내등록특허공보 등록번호 제10-228463호에는 Bi2Te3계 합금을 용융하고, 용융된 합금을 용융스피닝 법을 사용하여 급속응고하여 화학적으로균질한 리본 형상의 Bi2Te3계 열전변환재료를 만들고, 상기 열전변환재료를 냉간 프레싱에 의해 가압성형하고; 가압성형된 열전변화재료를 열간 프레싱에 의해 가압 소결하여 제조하는 Bi2Te3계 열전변환 재료 소결체의 제조방법이 기재되어 있고,Korean Patent Publication No. 10-228463 discloses a ribbon-shaped Bi 2 Te 3 -based thermoelectric conversion material that melts Bi 2 Te 3 -based alloys and rapidly solidifies the molten alloy using a melt spinning method. Pressure forming the thermoelectric conversion material by cold pressing; A method for producing a Bi 2 Te 3 -based thermoelectric conversion material sintered body which is produced by pressure sintering a press-formed thermoelectric conversion material by hot pressing is described.

동 공보 등록번호 제10-228464호에는 Bi2Te3-Sb2Te3합금을 용융하여 용융된 합금을 고압의 불화성의 질소가스로 분무하여 급속 응고 냉각함으로써, 미세하고 구형에가까운 형상의 Bi2Te3-Sb2Te3열전변환재료 분말을 제조하는 방법이 공개되어 있으며,The publication Registration No. 10-228464 discloses a Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 by rapid solidification cooling by spraying a molten alloy by melting the alloy in the high-pressure gas of nitrogen fluoride Castle, fine, the shape close to the spherical Bi 2 A method for preparing Te 3 -Sb 2 Te 3 thermoelectric powder is disclosed.

동공보 등록번호 특181366호에는 열간압출공정을 이용하여 Bi-Te계 열전재료의 고밀도화, 미세조직의 입도미세화 및 이방성을 크게 높힌 열전특성이 우수한 Bi-Te계 열전재료의 제조방법이 기술되어 있고,Publication No. 181366 describes a method for producing Bi-Te-based thermoelectric materials with excellent thermoelectric properties by increasing the density of Bi-Te-based thermoelectric materials, minimizing the grain size and anisotropy by using a hot extrusion process. ,

국내특허공개공보 공개번호 제99-67520호에는 열전가열기/냉각기 또는 열전 발생기의 모듈 또는 회로를 제공하기 위하여 전극들과 중간 접속하는데 편리한 P형, N형 열전 반도체의 열전소자로서, 특히 전극의 접착력을 향상시킨 열전소자에 관한 기술과 기타 일본공개특허공보 공개번호 평4-249305호에는 해당 전극과 납땜 접속을 위하여 열전 반도체의 대향면을 각각 니텔층으로 피복한 열전소자가 공개되어 있으나,Korean Patent Publication No. 99-67520 discloses thermoelectric elements of P-type and N-type thermoelectric semiconductors which are convenient for intermediate connection with electrodes in order to provide modules or circuits of thermoelectric heaters / coolers or thermoelectric generators. [0003] In Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 4-249305, a thermoelectric device in which opposite surfaces of a thermoelectric semiconductor are covered with a nitel layer for soldering connection with the corresponding electrode is disclosed.

상기와 같은 종래의 기술들은 Bi2Te3-Sb2Te3게 합금을 이용한 열전재료 제작시 Te의 편석 존재로 분균일한 고용체로 화학적으로 균질한 열전재료를 제조하기 어려우며 분말 제조과정 및 처리과정에서의 불순물 혼입등으로 케리어 농도의 변화가 우려되며 특히 분말 제조시간의 장기화와 기계적 가공시 회수율의 감소로 제조원가의 상승을 가져오는 종래의 문제점을 근본적으로 해결하지 못하고 있어 왔다.Conventional techniques as described above are difficult to produce chemically homogeneous thermoelectric materials with homogeneous solid solution due to the segregation of Te during the production of thermoelectric materials using Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 crab alloy, powder manufacturing process and processing process Carrier concentration changes due to the incorporation of impurities in, and in particular, has not fundamentally solved the conventional problem of increasing the manufacturing cost by prolonging the powder manufacturing time and reducing the recovery rate during mechanical processing.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 평면 일방향성을 유지하면서 재료의 양산에 필요한 범용 공정 장치와 Bi2Te3-Sb2Te3계 합금 용융및 성장장치와 수소환원로, 열간압축장치, 코팅 및 가공장치와 그를 이용한 열전재료의 제조방법를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention is a general-purpose processing apparatus, Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy melting and growth apparatus and hydrogen reduction reactor, hot compression apparatus, An object of the present invention is to provide a coating and processing apparatus and a method of manufacturing a thermoelectric material using the same.

도1은 합금상태상에 나타난 기본적인 Bi2Te3의 결정구조도.1 is a basic crystal structure of Bi 2 Te 3 in the alloy state.

도2는 본 발명의 합금용융 및 성장장치 상세도,Figure 2 is a detailed view of the alloy melting and growth apparatus of the present invention,

도3은 본 발명의 수소환원장치 상세도,Figure 3 is a detailed view of the hydrogen reduction apparatus of the present invention,

도4는 본발명의 열간압착장치 상세도,4 is a detailed view of the hot pressing device of the present invention;

도5는 상기 열간압착장치의 진공챔버 내부 상세도,5 is a detailed view inside the vacuum chamber of the hot pressing device;

도6은 본발명의 열간압착장치의 시간의 경과에 따른 가열냉각곡선도,6 is a heating cooling curve of the hot pressing apparatus of the present invention over time;

도7은 본 발명의 표면처리공정 상세도Figure 7 is a detailed view of the surface treatment process of the present invention

<도면의 부호의 설명><Explanation of symbols in the drawings>

컴퓨터(1), 콘트롤러(2), 모터(3), 감속기(4), 베벨기어(5), 스크류(6), 히팅부(7), 시료내장 튜브(8), 히팅부가이드(9), 가열기(10), 회전고정구(11), 베어링(12), 댐핑장치(13), 수소환원콘트롤러(20), 수소환원 가열기(21), 그라파이트발열체(22), 멀티튜브(23), 배기관(24), SUS대(25), 질소통(26), 수소통(27), 진공챔버(30), 냉각호스(31,42), 전극히터 (32,33,43), 열간압착장치콘트롤러(34), 배기덕트(35), 냉각부(40), 가열부(41), Mo층(50), Ni층(51), 폴리머접착층(52,54), 동전극(53)Computer (1), controller (2), motor (3), reducer (4), bevel gear (5), screw (6), heating section (7), sample tube (8), heating guide (9) , Heater 10, rotary fixture 11, bearing 12, damping device 13, hydrogen reduction controller 20, hydrogen reduction heater 21, graphite heating element 22, multitube 23, exhaust pipe 24, SUS stand 25, nitrogen cylinder 26, hydrogen cylinder 27, vacuum chamber 30, cooling hoses (31, 42), electrode heaters (32, 33, 43), hot pressing device controller (34), exhaust duct 35, cooling section 40, heating section 41, Mo layer 50, Ni layer 51, polymer adhesive layers 52, 54, coin electrode 53

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Bi2Te3-Sb2Te3계 합금 용융및 성장장치와 수소환원로, 열간압축장치, 코팅및 가공장치를 이용하여. Bi2Te3-Sb2Te3합금을 용융장치에서 용융한 다음 수소환원로에서 환원시킨 다음, 냉각하여 분쇄기로 분말화 시킨 후에, 상기 분말화된 Bi2Te3-Sb2Te3합금을 다시 상기 용융장치에 장입시켜 성장시키거나, 열간압축장치를 이용하여 일방향성으로 유지시킨 다음 그 표면에 통상의 Mo도금 및 Ni도금을 하여 Mo및 Ni층을 형성시킨 후, 그 상부에 폴리머접착제층을 형성시킨 후에 동전극으로 부착한 다음, 그 상부에 다시 폴리머접착제층을 형성시켜 니켈도금층,세라믹코팅층, SUBSTRATE, 알루미늄합금의 순서로 구성된 표면에 접착시켜 제조된 열전재료의 제조방법인 것이다.In order to achieve the above object, the present invention uses a Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy melting and growth apparatus and hydrogen reduction reactor, using a hot compression device, coating and processing apparatus. The Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy is melted in a melting apparatus and then reduced in a hydrogen reduction reactor, cooled and powdered by a grinder, and then the powdered Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 alloy is again After growth by charging into the melting apparatus, or maintaining one-way using a hot compression apparatus, and then the ordinary Mo plating and Ni plating to form a Mo and Ni layer on the surface, and then a polymer adhesive layer on the top After forming and then attaching with a coin electrode, and then forming a polymer adhesive layer on top of it, it is a method of manufacturing a thermoelectric material prepared by adhering to the surface consisting of nickel plating layer, ceramic coating layer, SUBSTRATE, aluminum alloy in this order.

Bi2Te3와 Sb2Te3는 공간군 R3m에 속한 rhombohedral 구조를 갖는 층상의 형태(도1참조)를 가지며 이는 hexagonal 구조로도 해석이 될 수 있다. Bi2Te3의 격자상수는 a = 0.4399 nm, c = 3.0483 nm이며, Sb2Te3 의 격자상수는 a = 0.4262 nm, c=3.045 nm이다.Bi 2 Te 3 and Sb 2 Te 3 have a layered shape (see Fig. 1) with a rhombohedral structure belonging to the space group R3m, which can also be interpreted as a hexagonal structure. The lattice constant of Bi 2 Te 3 is a = 0.4399 nm, c = 3.0483 nm, and the lattice constant of Sb2Te3 is a = 0.4262 nm and c = 3.045 nm.

또한 이들 고용체의 격자상수는 각각의 격자상수 사이에서 직선적으로 변한다. 이렇게 유사한 결정구조를 갖는 두 화합물의 고용체는 Sb 원자가 Bi 원자를 치환하면서 전 조성범위에서 완전한 고용체를 형성하는데 개략도를 도1에 나타내었다.The lattice constants of these solid solutions change linearly between the lattice constants. The solid solution of the two compounds having similar crystal structures is shown in FIG. 1 to form a complete solid solution in the entire composition range while Sb atoms are substituted for Bi atoms.

Bi2Te3의 적층순서는 …B¹=A-B²-A=B¹…로 A는 주기율포에서 5족의 원소(Bi, Sb)를 나타내며 B는 6족의 원소(Te, Se)를 나타낸다. 1과 2는 에너지 적으로 다른 격자 위치를 나타낸다.The stacking order of Bi 2 Te 3 . B¹ = A-B²-A = B¹. Where A represents the elements of Group 5 (Bi, Sb) and B represents the elements of Group 6 (Te, Se) in the periodic table. 1 and 2 represent energetically different lattice positions.

Bi2Te3의 결합에서 Te²원자는 sp3d2혼성궤도를 형성함으로써 주위의 6개의 Bi 원자와 공유결합하며, Bi 원자는 인접원자로서 6개의 Te를 갖으며 Te¹, Se¹과 공유결합과 이온결합이 혼합된 결합특성을 띄게 된다. 따라서 Te¹과의 결합이 Te²의 결합보다 더 강한 결합력을 지니게 된다. Te¹원자는 3개의 인접한 Bi 원자와 공유-이온결합을 하며, 다음 층의 Te¹과 vander waals 의 약한 결합을 하게 된다. 따라서 인접한 Te 층 사이의 결합은 그 결합력이 약하기 때문에 c 축에 평행한(0001)면을 따라서 쉽게 쪼개지는 기계적 취약성을 지닌다.In the bond of Bi 2 Te 3 , Te² atom is covalently bonded to the surrounding 6 Bi atoms by forming sp 3 d 2 hybrid orbit, and Bi atom has 6 Te as adjacent atoms, and covalently bonded with Te¹, Se¹ The bonds have a mixed bond. Therefore, the bond with Te¹ is stronger than that of Te². The Te¹ atom is a covalent-ion bond with three adjacent Bi atoms, and a weak bond between Te¹ and vander waals in the next layer. Thus, the bonds between adjacent Te layers have mechanical weaknesses that easily break along the plane parallel to the c axis because of their weak bonding force.

앞절에서도 언급한 바와 같이 열전냉각효율을 크게 하기 위해서는 그 성능지수가 커야 한다. 이 성능지수는 Seebeck 계수와 전기전도도가 클수록 열전도도가 낮을수록 높은 값을 나타낸다. p형의 경우 일반적으로 정공의 농도의 변화에 따라서 Seebeck 계수와 전기전도도가 변하게 된다. 그러나 정공 농도의 감소는 Seebeck 계수를 증가시키고 전기전도도를 감소시킨다. 따라서 정공의 농도는 높은 α²σ값을 얻기 위하여 최적화 되어야 한다. 전하의 농도와 열전특성간의 관계를 나타내었다. 또 다른 성능지수를 향상시키는 방법으로는 열전도도를 최소화하는 방법이다. 여기서 열전도도는 전하에 의한 열전도도와 격자열전도도의 합으로 나타낼 수 있다.As mentioned in the previous section, in order to increase the thermoelectric cooling efficiency, the performance index must be large. This figure of merit shows a higher value as Seebeck coefficient and electrical conductivity are lower and thermal conductivity is lower. In the case of p-type, Seebeck coefficient and electrical conductivity generally change according to the hole concentration. However, decreasing the hole concentration increases the Seebeck coefficient and decreases the conductivity. Therefore, the hole concentration should be optimized to obtain high α²σ values. The relationship between charge concentration and thermoelectric properties is shown. Another way to improve the figure of merit is to minimize thermal conductivity. Here, the thermal conductivity may be expressed as the sum of thermal conductivity and lattice thermal conductivity by charge.

K = Kel+ Kph(2-17)K = K el + K ph (2-17)

여기서 전하에 의한 열전도도는 Wiedemann-Franz법칙에 의하여Here, the thermal conductivity due to charge is determined by the Wiedemann-Franz law

Ke= LT (2-18)K e = L T (2-18)

여기서 L은 Lorents number이고 T는 절대온도이다. Kph는 결자의 성질에 의존하는 값이다. 이오페(Ioffe) 연구소의 보고에 의하며 격자 열전도도는 고용체를 형성하였을 때 최소화할 수 있다고 하였다. Birkholz, Rosi, Goldsmid에 의하면 (Bi1xSbx)2Te3의 고용체에서 x=0.7 부근의 조성에서 격자에 의한 열전도도는 최소값을 나타낸다고 보고되고 있다. 조성에 조성에 따른 격자 열전도도의 변화를 나타내었다. 이 세 개의 결과들의 절대값은 서로 다르지만 약 x=0.7 부근의 조성에서 최소값을 나타내고 있다. 서로 절대값이 다른 것은 서로 다른 Lorents number를 적용하였기 때문이다. x=0.7 부근에서 격자열전도도가 가장 낮은 것으로부터 이 부근의 조성이 최적이 p형 조성임을 알 수 있다. 실제 Smirous등에 의하면 x=0.75조성에 4wt% Te 첨가와 0.05wt% Ge 첨가에서 3.58 ×10-3/K로 우수한 성능지수를 얻을 수 있었고, Rosi, Hocking 등도 같은 조성에 1.75 wt% Se 과잉 첨가하여 3.53 ×10-3/K로 우수한 특성을 보고한 바 있다. 반면에 Sb2Te3-rich 조성영역에서는 높은 성능지수를 얻기 위하여 donor dopant로 Te, Se를 첨가하여 정공의 농도를 감소시킨다.Where L is Lorents number and T is absolute temperature. K ph is a value depending on the nature of the defect. According to the report of the Ioffe Institute, lattice thermal conductivity can be minimized when a solid solution is formed. According to Birkholz, Rosi and Goldsmid, the thermal conductivity due to the lattice at the composition near x = 0.7 in the solid solution of (Bi1xSbx) 2Te3 is reported to be the minimum value. The change in lattice thermal conductivity according to the composition was shown. The absolute values of these three results are different but represent minimum values in the composition around x = 0.7. The absolute values differ from each other because different Lorents numbers are applied. The lowest lattice thermal conductivity at x = 0.7 indicates that the composition at this vicinity is the best p-type composition. According to Smirous et al., An excellent performance index was obtained at 3.58 × 10-3 / K at 4wt% Te and 0.05wt% Ge at x = 0.75 composition, and Rosi, Hocking, etc. were added in excess of 1.75 wt% Se to the same composition. Excellent characteristics were reported as 3.53 × 10 -3 / K. On the other hand, in the Sb 2 Te 3 -rich composition region, in order to obtain high performance index, Te and Se are added as donor dopants to reduce the hole concentration.

Bi2Te3계의 구조는 c축이 a축에 약 7개 정도 길기 때문에 결정방향에 따라 그 특성이 변하는 이방성을 나타낸다. Seebeck 계수는 결정방향에 따라 큰 변화가 없다고 보고되고 있으나, 전기전도도 및 연전도도는 큰 이방성을 가진다고 보고되고 있다. Drabble 등에 의하면 p형의 경우 벽개면에 평행하게 배열되었을 때 수직방향에 비해 전기 전도도가 2.7배 크며, n형의 경우에는 4.75배 크다고 보고되고 있으며, 열전도도 역시 2.1배 크다고 보고되고 있다. 단결정으로 제조한 Bi2Te3계 열전소자는 매우 높은 결정배향성으로 우수한 특성을 갖지만 가압소결법으로 제조한 Bi2Te3는 결정립이 무질서하게 배열되어 있기 때문에 열전특성이 저하할 것으로 예측되고 있다.The structure of the Bi 2 Te 3 system has anisotropy in which the c-axis is about 7 long on the a-axis, and its characteristics change depending on the crystal direction. It is reported that the Seebeck coefficient does not change significantly depending on the crystallographic direction, but the electrical conductivity and the electrical conductivity are reported to have a large anisotropy. According to Drabble et al., The electrical conductivity of the p-type is 2.7 times greater than that of the vertical direction when arranged parallel to the cleavage plane, and 4.75 times greater than that of the n-type, and the thermal conductivity is also 2.1 times greater. Bi 2 Te 3 series thermoelectric devices made of single crystals have excellent characteristics with very high crystal orientation. However, Bi 2 Te 3 produced by pressure sintering is expected to degrade thermoelectric properties because crystal grains are arranged randomly.

Jaklovszky는 가압소결법으로 제조한 p형 Bi2Te3합금의 격자열전도도는 결정립 크기가 감소함에 따라 감소한다고 보고하였다. 또한 결정립 크기에 따른 성능지수의 변화거동을 나타내었다. 가압소결체내의 결정이 완전히 무질서한 배열을 하고 있는 p형 재료의 성능지수는 결정배향성이 우수한 재료에 비해 6% 저하될 것으로 예측되었지만, 이 결과에서는 14%감소된 성능지수를 나타내었다. 이 성능지수의 감소는 결정립의 무질서한 배향을 가정하여 예측한 전기비저항보다 실제 가압소결법으로 제조한 다결정 Bi2Te3열전재료의 전기비저항 값이 높은 데 기인한다.Jaklovszky reported that the lattice thermal conductivity of p-type Bi 2 Te 3 alloys produced by pressure sintering decreased with decreasing grain size. In addition, the behavior of the performance index changes with grain size. The performance index of the p-type material in which the crystals in the pressurized sinter are completely disordered is expected to be 6% lower than that of the material having good crystal orientation, but the result shows a 14% decrease in the performance index. The decrease in the figure of merit is due to the higher electrical resistivity value of the polycrystalline Bi 2 Te 3 thermoelectric material manufactured by the actual sintering method than the electrical resistivity predicted assuming the disordered orientation of the grains.

가압소결법으로 제조한 다결정 Bi2Te3열전재료에서 전기비저항의 증가는 주로 합금분말의 산화에 기인한다. 분말입자의 크기가 감소할수록 산화물의 양이 증가하게 된다. Schultz 등은 단결정 시편에 대해 산소분위기 열처리 결과 전기비저항이 증가함을 알 수 있었는데, 이는 BCC 구조를 갖는BixO3층의 원인이라고 보고하였다. 또한 Imaizumi 등은 Bi2Te3합금분말을 가압소결 전에 수소 분위기 중에서 400℃의 온도로 24시간 유지하여 환원처리 후 500℃의 온도에서 가압소결한 결과, 같은 조성의 단결정에 비해 열전도도는 감소하나 전기비청항은 거의 유사한 결과를 얻었다고 보고하였다. 환원처리 후 가압소결한 Bi2Te3다결정 열전재료에서는 동일조성의 단결정과 같은 갑인 2.74 ×10-3/K의 성능지수를 얻을 수 있었다고 보고되었다.In polycrystalline Bi 2 Te 3 thermoelectric materials produced by pressure sintering, the increase in electrical resistivity is mainly due to oxidation of alloy powder. As the size of the powder particles decreases, the amount of oxide increases. Schultz et al. Found that the electrical resistivity increased as a result of oxygen atmosphere heat treatment on single crystal specimens, which had a BCC structure. The cause of the Bi x O 3 layer was reported. In addition, Imaizumi et al. Maintained the Bi 2 Te 3 alloy powder at 400 ° C for 24 hours in a hydrogen atmosphere before pressurizing and sintered at 500 ° C after reduction, resulting in a lower thermal conductivity than single crystals of the same composition. Electric non-cleaning terms reported almost similar results. It was reported that the Bi 2 Te 3 polycrystalline thermoelectric material sintered after reduction was able to obtain a performance index of 2.74 × 10 -3 / K, which is the same as the single crystal of the same composition.

본 발명에서 사용되는 장치는 합금용융 및 성장장치, 수소환원장치. 열간압착장치 및 기타 통상의 분쇄, 절단 및 도금장치로 구성되어 있고,The apparatus used in the present invention is an alloy melting and growth apparatus, hydrogen reduction apparatus. It consists of hot pressing equipment and other common grinding, cutting and plating equipment,

합금용융 및 성장장치의 구동부는 기어비가 1/180 적용 1㎜/hr - 100㎜/hr 으로 잉고트 제조시 발생되는 Te편석은 도오사에 기인하는 결정립 성장 방해 요소를 배제하였으며, 콘도제어부는 온도제어를 정밀하게 하기 위하여, 1000℃이하의 영역을 기준 온도영역으로 하였으며 K-type 열전대(Thermocouple)을 사용하였고, 기염부의 영역은 가능한 그 두께가 얇고 강한 온도영역을 가지므로 50㎜ 이하의 도가니를 제작하였으며 일 방향성을 만들기 위하여 35℃/㎝폭으로 4가지의 온도구배 영역을 두었으며, 분말은 쿼츠 또는 흑연 지그내에 용입되고 일방향을 위한 제조작업이 시작되면 장치의 흔들이 없어야 하므로 시스템의 작동을 억제하기 위하여 별도의 댐핑 장치를 구성하였고,The driving part of the alloy melting and growth apparatus has a gear ratio of 1/180 and 1mm / hr-100mm / hr, and the Te segregation generated during ingot manufacturing excludes grain growth barriers caused by dosa. In order to precisely control the temperature range below 1000 ℃ as the reference temperature range, K-type thermocouple was used, and the base portion of the base was made as thin as possible and has a strong temperature range. In order to make one direction, four temperature gradient areas were set at 35 ℃ / ㎝ width, and powder was injected into quartz or graphite jig, and when the manufacturing work for one direction started, there should be no shaking of the device, thus suppressing the operation of the system. In order to configure a separate damping device,

또한 시드 고정용 지그를 사용함으로 최대 30㎜의 잉고트를 성장할 수 있도록 한 것이다.In addition, the seed fixing jig can be used to grow ingots up to 30 mm.

본 발명의 출발물질은 Bi2Te3-Sb2Te3의 조성비는 85: 15 wt%인 것을 사용하는 것이다.The starting material of the present invention is to use a composition ratio of Bi 2 Te 3 -Sb 2 Te 3 is 85: 15 wt%.

본 발명의 폴리머접착층(52,54)에 사용되는 화합물은 전도성폴리머로서 본 출원인이 선출원한 특허 10-2000-67172호 : 발명의 명칭 전도성 폴리머조성물을 이용한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 폴리시오펜 50~60중량%, 유기용매 20~25중량%, 폴리우레탄 10~15중량%, 폴리아크릴 5~7중량%, 소포제 및 표면평활제등 1~5중량%로 조성된 전도성폴리머로서 플라스틱에 도금할 경우 통상적으로 에칭공정을 필요로 하나 상기 전도성 폴리머를 이용할 경우에는 전도성 폴리머상부에 직접 도금을 할 수 있도록 하였다.The compound used in the polymer adhesive layers 52 and 54 of the present invention is a patented patent application No. 10-2000-67172, which is filed by the present applicant as a conductive polymer, and more specifically, polythiophene 50 to 60. Conductive polymer composed of 1% by weight to 5% by weight, 20 to 25% by weight of organic solvent, 10 to 15% by weight of polyurethane, 5 to 7% by weight of polyacrylic, antifoaming agent and surface leveling agent. In this case, an etching process is required, but when the conductive polymer is used, plating on the conductive polymer is possible.

이하 실시예를 통하여 본발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples.

실시예1Example 1

제1공정 용융공정First process melting process

출발물질의 합금조성비가 Bi2Te3: Sb2Te3가 85: 15 wt%인 조성물을 용융장치에 5×10-5torr진공상태에서 1000℃이하로 하여 장치의 중앙상부에 회전고정구 (11)에 의해 매달려 있으며, 상기 히팅부(7)의 중앙부에 위치한 시료내장 튜브(8)에 장입한 다음, 컴퓨터(1)의 지시에 의해 콘트롤러(2)가 작동되며 상기 콘트롤러(2)에 의해 모터(3)가 작동되면, 모터(3)에 연결된 감속기(4)와 상기 감속기(4)와 연결된 베벨기어(5)가 1~100mm/hr의 속도로 회전되면서, 상기 베벨기어(5)와 연결된 스크류(6)가 회전되고, 동시에 상기 상기 스크류(6)의 중앙부에 설치된 히팅부(7)이 상기 시료내장 튜브(8)을 상하로 이동하면서 상기 히팅부(7)의 끝단에 형성된 가열기(10)에 의해 36시간동안 가열시켜 용융시킨 다음,The composition of the alloy composition of the starting material of Bi 2 Te 3 : Sb 2 Te 3 is 85:15 wt% in the melting apparatus at 5 × 10 -5 torr under the vacuum condition of 1000 ℃ or less. Hanging in the center of the heating unit 7 and loaded into the sample-containing tube 8 located at the center of the heating unit 7, and then the controller 2 is operated by the instruction of the computer 1, and the motor When 3 is operated, the reducer 4 connected to the motor 3 and the bevel gear 5 connected to the reducer 4 rotate at a speed of 1 to 100 mm / hr, and are connected to the bevel gear 5. Heater 10 formed at the end of the heating portion 7 while the screw 6 is rotated, and at the same time, the heating portion 7 installed at the center portion of the screw 6 moves the sample inner tube 8 up and down. Heated for 36 hours to melt)

제2공정 수소환원공정Second Process Hydrogen Reduction Process

상기 제1공정에서 제조된 합금을 냉각시킨 후에 수소환원로에 장입시켜 수소환원콘트롤러(20)의 지시에 의해 외부에서 질소 및 수소를 공급하면서 수소환원 가열기(21) 및 그라파이트발열체(22)로 400℃에서 15분간 가열시키면서 용융된 합금을 환원시키고 이 때 생성된 가스는 멀티튜브(23)와, 배기관(24)을 통하여 소각시키거나 배출시키면서 합금을 수소환원시킨 후에,After cooling the alloy prepared in the first step, it is charged to a hydrogen reduction reactor and 400 to the hydrogen reduction heater 21 and the graphite heating element 22 while supplying nitrogen and hydrogen from the outside as directed by the hydrogen reduction controller 20. After the molten alloy is reduced while heating at 15 ° C. for 15 minutes, the produced gas is hydrogen-reduced while incinerated or discharged through the multitube 23 and the exhaust pipe 24,

제3공정 분쇄공정Third process grinding process

냉각시켜 통상의 분쇄기로 분쇄시켜 분말화 시킨 다음,After cooling, it is pulverized with a conventional grinder to powder

제4공정 성장공정4th Process Growth Process

상기 제3공정에서 제조된 분말을 제1공정에서 사용한 장치를 이용하여 동일한 방법으로 5×10-5torr진공 용융상태에서 650~750℃에서 1~100mm/hr, 일방향 성장시키고, 36시간동안 280~370℃에서 가열하여 소둔 처리한 다음,The powder prepared in the third step was grown in one direction at 1 to 100 mm / hr at 650 to 750 ° C. in a vacuum melt state at 5 × 10 −5 torr in the same manner using the apparatus used in the first step, and 280 for 36 hours. Heat treated at 370 DEG C, followed by annealing

(파우더가 퀴츠 또는 흑연 지그내에 용입되고 일방향성을 위하여 흔들림이 없어야 하고 시스템의 진동을 억제하기 위하여 댐핑장치(13)를 상기 장치의 하부에 설치하였으며, 시드고정용 지그는 최대 30mm의 잉고트를 성장할 수 있도록 하였다)(The powder must be injected into the quarts or graphite jig, there should be no shaking for one-way, and damping device 13 is installed in the lower part of the device to suppress the vibration of the system, and the seed fixing jig will grow the ingot up to 30mm. To help)

제5공정 표면처리공정5th surface treatment process

상기와 같이 성장된 열전재료를 합금의 표면에 통상의 Mo도금처리하여 Mo층(50)을 형성한 다음, 그 위에 통상의 Ni도금처리하여 Ni층(51)을 형성한 후에, 그 위에 통상의 폴리머접착제층(52)을 형성한 다음에 통상의 동도금처리하여 동코팅층(53)을 형성한 후에, 그 표면위에 다시 상기와 동일한 통상의 폴리머접착제층 (54)을 형성한 다음,The thermoelectric material grown as described above is formed on the surface of the alloy by the conventional Mo plating to form the Mo layer 50, and then on the ordinary Ni plating to form the Ni layer 51 thereon, and then on the ordinary After the polymer adhesive layer 52 is formed, ordinary copper plating is performed to form the copper coating layer 53, and then the same conventional polymer adhesive layer 54 is formed on the surface again.

알루미늄, 구리, 합금 및 은처리된 Substrate의 하부에 세라믹코팅층과, 상기 세라믹코팅층 하부에 형성된 Ni도금층에 접착시켜, 통상의 절단기로 일정크기로 절단하여 열전도재료를 제조하였다.The lower portion of the aluminum, copper, alloy and silver-treated substrate was bonded to the ceramic coating layer and the Ni plating layer formed on the lower portion of the ceramic coating layer, and cut into a predetermined size with a conventional cutter to prepare a thermal conductive material.

실시예2Example 2

제1공정(용융공정);1st process (melting process);

합금조성비가 Bi2Te3: Sb2Te3가 85: 15 wt%인 조성물을 용융장치에 5×10-5torr진공상태에서 1000℃이하로 하여 장치의 중앙상부에 회전고정구(11)에 의해 매달려 있으며, 상기 히팅부(7)의 중앙부에 위치한 시료내장 튜브(8)에 장입한 다음, 컴퓨터(1)의 지시에 의해 콘트롤러(2)가 작동되며 상기 콘트롤러(2)에 의해 모터(3)가 작동되면, 모터(3)에 연결된 감속기(4)와 상기 감속기(4)와 연결된 베벨기어(5)가 1~100mm/hr의 속도로 회전되면서, 상기 베벨기어(5)와 연결된 스크류(6)가 회전되고, 동시에 상기 상기 스크류(6)의 중앙부에 설치된 히팅부(7)이 상기 시료내장 튜브(8)을 상하로 이동하면서 상기 히팅부(7)의 끝단에 형성된 가열기(10)에 의해 1~100mm/hr의 속도와 1000℃이하로 가열하여 용융시킨 다음;A composition having an alloy composition ratio of Bi 2 Te 3 : Sb 2 Te 3 of 85:15 wt% was melted in a melting apparatus at 5 × 10 -5 torr in a vacuum state of 1000 ° C. or lower by a rotating fixture 11 at the center of the apparatus. Suspended, loaded in a sample-containing tube 8 located at the center of the heating section 7, and then the controller 2 is operated by the instruction of the computer 1 and the motor 3 is operated by the controller 2. When is activated, the reducer 4 connected to the motor 3 and the bevel gear 5 connected to the reducer 4 rotate at a speed of 1 to 100 mm / hr, and the screw 6 connected to the bevel gear 5. Is rotated, and at the same time by the heater 10 formed at the end of the heating portion 7 while the heating portion 7 installed in the center of the screw 6 moves the sample inner tube 8 up and down. Melting by heating to a rate of 1 ~ 100mm / hr and less than 1000 ℃;

제2공정 (수소환원공정)2nd process (hydrogen reduction process)

상기 제1공정에서 제조된 합금을 냉각시킨 후에 수소환원로에 장입시켜 수소환원콘트롤러(20)의 지시에 의해 외부에서 질소 및 수소를 공급하면서 수소환원 가열기(21) 및 그라파이트발열체(22)로 400℃에서 15분간 가열시키면서 용융된 합금을 환원시키고 이 때 생성된 가스는 멀티튜브(23)와, 배기관(24)을 통하여 소각시키거나 배출시키면서 합금을 수소환원시킨 후에;After cooling the alloy prepared in the first step, it is charged to a hydrogen reduction reactor and 400 to the hydrogen reduction heater 21 and the graphite heating element 22 while supplying nitrogen and hydrogen from the outside as directed by the hydrogen reduction controller 20. The molten alloy was reduced while heating at 15 DEG C for 15 minutes, and the produced gas was then hydrogen-reduced while incinerated or discharged through the multitube 23 and the exhaust pipe 24;

제3공정 (분쇄공정)3rd process (grinding process)

냉각시켜 통상의 분쇄기로 분쇄시켜 분말화 시킨 다음;Cooled and pulverized in a conventional mill to powder;

제4공정(열간압착공정)4th process (hot pressing process)

상기 제3공정에서 제조된 분말을 열전압축기의 진공챔버(30)에 장입시켜 5×10-5torrt진공상태에서 일측은 전극히터(32,33,43)로 구성된 가열부(41)를 형성하여 전극히터로 1150°K로 가열하고, 반대측은 냉각호스(31,42)를 이용한 냉각부 (40)를 형성시켜 740°K로 냉각을 3시간동안 열간압착시키고, 이때 생성된 가스는 배기덕트(35)를 통하여 배출시키고,The powder prepared in the third process is charged to the vacuum chamber 30 of the thermal voltage accumulator, and in one side of the vacuum chamber 30, a heating part 41 formed of electrode heaters 32, 33, and 43 is formed in a vacuum state of 5 × 10 -5 torrt. The electrode is heated to 1150 ° K, and the opposite side forms a cooling part 40 using cooling hoses 31 and 42 to hot-press the cooling to 740 ° K for 3 hours, and the produced gas is exhaust duct ( Through 35),

키며, 상기 장치들은 열간압착장치콘트롤러(34)로 조작하여 열간압착된 열전재료를The devices are operated with a hot press controller 34 to recover the hot pressed thermoelectric material.

제5공정 (표면처리공정);5th process (surface treatment process);

상기와 같이 열간압착된 열전재료를 합금의 표면에 통상의 Mo도금처리하여 Mo층(50)을 형성한 다음, 그 위에 통상의 Ni도금처리하여 Ni층(51)을 형성한 후에, 그 위에 통상의 폴리머접착제층(52)을 형성한 다음에 통상의 동도금처리하여 동코팅층(53)을 형성한 후에, 그 표면위에 다시 상기와 동일한 통상의 폴리머접착제층 (54)을 형성한 다음,After hot-pressing the thermoelectric material as described above, the surface of the alloy is usually Mo-plated to form the Mo layer 50, and then the ordinary Ni plating is formed thereon to form the Ni layer 51 thereon, After forming the polymer adhesive layer 52, the ordinary copper plating process to form the copper coating layer 53, and then again to form the same conventional polymer adhesive layer 54 on the surface,

알루미늄, 구리, 합금 및 은처리된 Substrate의 하부에 세라믹코팅층과, 상기 세라믹코팅층 하부에 형성된 Ni도금층에 접착시켜, 통상의 절단기로 일정크기로 절단하여 열전도재료를 제조하였다.The lower portion of the aluminum, copper, alloy and silver-treated substrate was bonded to the ceramic coating layer and the Ni plating layer formed on the lower portion of the ceramic coating layer, and cut into a predetermined size with a conventional cutter to prepare a thermal conductive material.

이하 본 발명의 장치를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

도1은 합금상태상에 나타난 기본적인 Bi2Te3의 결정구조도, 도2는 본 발명의 합금용융 및 성장장치 상세도, 도3은 본 발명의 수소환원장치 상세도, 도4는 본발명의 열간압착장치 상세도, 도5는 상기 열간압착장치의 진공챔버 내부 상세도, 도6은 본발명의 열간압착장치의 시간의 경과에 따른 가열냉각곡선도, 도7은 본 발명의 표면처리공정 상세도를 도시한 것임을 알 수 있고, 컴퓨터(1), 콘트롤러(2), 모터(3), 감속기(4), 베벨기어(5), 스크류(6), 히팅부(7), 시료내장 튜브(8), 히팅부가이드(9), 가열기(10), 회전고정구(11), 베어링(12), 댐핑장치 (13), 수소환원콘트롤러(20), 수소환원 가열기(21), 그라파이트발열체(22), 멀티튜브(23), 배기관(24), SUS대(25), 질소통(26), 수소통(27), 진공챔버 (30), 냉각호스(31,42), 전극히터(32,33,43), 열간압착장치콘트롤러(34), 배기덕트 (35), 냉각부(40), 가열부(41), Mo층(50), Ni층(51), 폴리머접착층(52,54), 동전극 (53)을 나타낸 것임을 알 수 있다.1 is a basic crystal structure of Bi 2 Te 3 shown in the alloy state, Figure 2 is a detailed view of the alloy melting and growth apparatus of the present invention, Figure 3 is a detailed view of the hydrogen reduction device of the present invention, Figure 4 is a view of the present invention Figure 5 is a detailed view of the hot pressing device, Figure 5 is a detailed view of the inside of the vacuum chamber of the hot pressing device, Figure 6 is a heating cooling curve of the hot pressing device of the present invention over time, Figure 7 is a detailed surface treatment process of the present invention As shown in the drawings, the computer 1, the controller 2, the motor 3, the speed reducer 4, the bevel gear 5, the screw 6, the heating part 7, the sample inner tube ( 8), heating guide (9), heater (10), rotating fixture (11), bearing (12), damping device (13), hydrogen reduction controller (20), hydrogen reduction heater (21), graphite heating element (22) ), Multi-tube 23, exhaust pipe 24, SUS bag 25, nitrogen cylinder 26, hydrogen cylinder 27, vacuum chamber 30, cooling hoses (31, 42), electrode heaters (32, 33,43), hot press controller (34), exhaust duct (35), It can be seen that shows the parts 40, the heating element (41), Mo layer (50), Ni layer 51, polymeric adhesive layer (52, 54), the same electrode 53.

구성을 살펴보면 본 발명은 합금용융 및 성장장치, 통상의 분쇄장치, 수소환원장치, 열간압착장치, 통상의 도금장치 및 통상의 절단장치로 구성되어 있으며, 보다 상세히 설명하면,Looking at the configuration of the present invention is composed of an alloy melting and growth apparatus, conventional grinding apparatus, hydrogen reduction apparatus, hot pressing apparatus, conventional plating apparatus and conventional cutting apparatus, in more detail,

상기 합금용융 및 성장장치는 도1과 같이 컴퓨터(1)와, 상기 컴퓨터의 지시에 의해 장치를 조작하는 콘트롤러(2)와, 상기 콘트롤러(2)에 연결되어 있으며, 상기 콘트롤러(2)에 의해 작동되는 모터(3)와, 상기 모터(3)와 연결되어 있으며, 속도를 감속시키는 감속기(4)와, 상기 감속기(4)와 연결되어 회전하는 베벨기어(5)와, 하부는 상기 베벨기어(5)와 연결되어 있으며 상부는 카바의 베아링(12)으로 고정되어 있고 중간부에 히팅부(7)을 상하로 구동시키는 스크류(6)와,The alloy melting and growth apparatus is connected to the computer 1, the controller 2 for operating the apparatus according to the instruction of the computer, and the controller 2, as shown in FIG. A motor 3 to be operated, a reducer 4 connected to the motor 3, to reduce the speed, a bevel gear 5 to rotate in connection with the reducer 4, and a lower portion of the bevel gear. (6) and the upper part is fixed to the bearing (12) of the cover and the screw (6) for driving the heating part (7) up and down in the middle part,

일측은 상기 스크류(6)의 중앙부에 고정구로 고정되며, 또다른 일측은 장치의 일측면에 형성된 벽체면에 고정되어 상하로 이동되는 히팅부 가이드(9)에 의해 고정되어 스크류(6)의 회전에 의해 상하로 구동되는 히팅부(7)와, 상기 히팅부(7)의 끝단에 형성된 가열기(10)와, 상기 장치의 중앙상부에 회전고정구(11)에 의해 매달려 있으며, 상기 히팅부(7)의 중앙부에 위치한 시료내장 튜브(8)와, 상기 장치의 하부, 모타(3)의 하부, 스크류(6) 중간부, 장치의 일측면 벽체부분 중간부에 형성되어 있으며 진동을 방지하기 위한 5개의 댐핑장치(13)로 구성되어 있으며,One side is fixed to the central portion of the screw (6), the other side is fixed to the wall surface formed on one side of the device is fixed by the heating unit guide 9 is moved up and down to rotate the screw (6) A heating unit 7 driven up and down by a heater, a heater 10 formed at an end of the heating unit 7, and a rotating fixture 11 suspended from an upper portion of the center of the apparatus. And a sample inner tube 8 located at the center of the center, a lower part of the apparatus, a lower part of the motor 3, a middle part of the screw 6, and a middle part of one side wall part of the apparatus. Consists of two damping devices (13),

상기에서 베벨기어(5)는 기어비가 1/180도이고, 속도는 1~180mm/hr이며 가열기(10)로구성된 히팅부(7)의 구배영역은 45℃/Cm이하인 것이다The bevel gear 5 has a gear ratio of 1/180 degrees, a speed of 1 to 180 mm / hr, and a gradient region of the heating part 7 composed of the heater 10 is 45 ° C / Cm or less.

상기 수소환원장치는 도3에 나타난 바와 같이 SUS대(25)와, 상기 SUS대(25)내부에 형성된 수소환원콘트롤러(20)와, 외부에서 질소통(26) 및 수소통(27)과 연결되어 질소 및 수소를 공급하는 호스와, 상기 SUS대(25)의 상부에 형성되어 있으며 수소환원콘트롤러(20)의 지시에 의해 가열되는 수소환원 가열기(21) 및 그라파이트발열체(22)와, 상기 장치에서 생성된 가스를 배출하는 멀티튜브(23)와, 배출되는 가스를 소각시키기 위한 배기관(24)으로 구성되어 있으며,As shown in FIG. 3, the hydrogen reduction apparatus is connected to a SUS stand 25, a hydrogen reduction controller 20 formed inside the SUS stand 25, and a nitrogen cylinder 26 and a hydrogen tank 27 from the outside. A hose for supplying nitrogen and hydrogen, a hydrogen reduction heater 21 and a graphite heating element 22 formed on an upper portion of the SUS stand 25 and heated by an instruction of a hydrogen reduction controller 20; It consists of a multi-tube (23) for discharging the gas generated in the, and an exhaust pipe (24) for incineration of the discharged gas,

상기 열간압착장치는 도4에 도시된 바와 같이, 진공챔버(30)와, 상기 진공챔버(30)의 하부 및 내부에 형성되어 있으며 가열하는 전극히터(32,33)와, 상기 진공챔버(30)의 하부 및 내부에 형성되어 있으며 냉각시키는 냉각호스(31)와, 상기 진공챔버(3)내에서 생성된 가스를 배출시키는 배기덕트(35)와, 상기 장치들을 조작하는 열간압착장치콘트롤러(34)로 구성되어 있고,As shown in FIG. 4, the hot pressing device includes a vacuum chamber 30, electrode heaters 32 and 33 formed on and under the vacuum chamber 30, and are heated, and the vacuum chamber 30. And a cooling hose 31 to cool the exhaust hose 31, an exhaust duct 35 for discharging gas generated in the vacuum chamber 3, and a hot press controller 34 for manipulating the devices. ),

도5는 상기 진공챔버내에 내장된 냉각부(40)와 가열부(41)사이에 형성된 분말 합금로서, 냉각부(40) 및 가열부(41)은 그라파이트재질로서 그내부에는 각각 냉각호스(42)와, 전극히터(43)가 내장되어 분말합금을 일측은 가열시키고 일측은 냉각시키는 열간압착상태를 도시하였다.5 is a powder alloy formed between the cooling unit 40 and the heating unit 41 embedded in the vacuum chamber. The cooling unit 40 and the heating unit 41 are graphite materials, and cooling hoses 42 are respectively formed therein. ), And an electrode heater 43 is built in the hot pressing state in which the powder alloy is heated on one side and cooled on one side.

상기에서 가열부의 영역은 가능한 그 두께가 얇고 강한 온도영역을 가지므로 50mm이하의 도가니를 제작하였으며, 35℃/Cm가 가장 이상적이다.Since the heating area is as thin as possible and has a strong temperature area, a crucible of 50 mm or less is manufactured, and 35 ° C / Cm is most ideal.

도6은 상기 도5와 같이 열간압착시 시간경과에 따른 온도변화를 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates a change in temperature with time elapsed during hot pressing as shown in FIG. 5.

도7은 표면처리상세도로서 열전재료의 표면에 형성된 Mo층(50)과, 상기Mo층 (50) 상부에 형성된 Ni층(51)과, 상기 Ni층(51)층 상부에 형성된 폴리머접착층(52)과 상기 폴리머접착층(52,54)상부에 형성된 동전극(53)과 상기 동전극(53)의 상부에 형성된 폴리머접착층(54)으로 구성되어 있음을 알 수 있으며,7 is a surface treatment detail view of the Mo layer 50 formed on the surface of the thermoelectric material, the Ni layer 51 formed on the Mo layer 50, and the polymer adhesive layer formed on the Ni layer 51 layer ( 52) and the coin electrode 53 formed on the polymer adhesive layers 52 and 54, and the polymer adhesive layer 54 formed on the coin electrode 53.

상기 폴리머접착층(54)는 알루미늄, 구리, 합금 및 은처리된 Substrate의 하부에 세라믹코팅층과, 상기 세라믹코팅층 하부에 형성된 Ni도금층에 접착시켜 열전재료를 제조하는 것이다.The polymer adhesive layer 54 is a ceramic coating layer on the lower portion of the aluminum, copper, alloy and silver-treated substrate and the Ni plating layer formed under the ceramic coating layer to produce a thermoelectric material.

상기와 같은 본 발명은 열전재료의 고밀도화, 미세조직의 입도미세화및 일방향성을 크게 높일 수 있으며, 열전재료의 기계적 특성향상및 절단시에 회수율을 크게 증가시킴으로서 열전재료의 생산성 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above can greatly increase the density of the thermoelectric material, finer grain size and unidirectionality of the thermoelectric material, and improve the mechanical properties of the thermoelectric material and increase the recovery rate at the time of cutting, thereby bringing an effect of improving the productivity of the thermoelectric material. There is.

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 열전재료의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the thermoelectric material, 제1공정(용융공정);합금조성비가 Bi2Te3: Sb2Te3가 85: 15 wt%인 조성물을 용융장치에 5×10-5torr진공상태에서 1000℃이하로 하여 장치의 중앙상부에 회전고정구(11)에 의해 매달려 있으며, 상기 히팅부(7)의 중앙부에 위치한 시료내장 튜브(8)에 장입한 다음, 컴퓨터(1)의 지시에 의해 콘트롤러(2)가 작동되며 상기 콘트롤러(2)에 의해 모터(3)가 작동되면, 모터(3)에 연결된 감속기(4)와 상기 감속기(4)와 연결된 베벨기어(5)가 1~100mm/hr의 속도로 회전되면서, 상기 베벨기어(5)와 연결된 스크류(6)가 회전되고, 동시에 상기 상기 스크류(6)의 중앙부에 설치된 히팅부(7)이 상기 시료내장 튜브(8)을 상하로 이동하면서 상기 히팅부(7)의 끝단에 형성된 가열기(10)에 의해 36시간동안 가열시켜 용융시킨 다음;The first process (melting step); alloy composition ratio of Bi 2 Te 3: Sb 2 Te 3 and 85: a central upper portion of the device from 5 × 10 -5 torr vacuum, the composition of 15 wt% in the melting apparatus below 1000 ℃ Suspended by the rotating fixture 11, charged into the sample-embedding tube 8 located at the center of the heating unit 7, and then the controller 2 is operated by the instruction of the computer 1, and the controller ( When the motor 3 is operated by 2), the bevel gear is rotated at a speed of 1 to 100 mm / hr while the reducer 4 connected to the motor 3 and the bevel gear 5 connected to the reducer 4 rotate. Screw (6) connected to the (5) is rotated, and at the same time the heating portion (7) installed in the central portion of the screw (6) end of the heating portion (7) while moving the sample inner tube (8) up and down Heated by a heater 10 formed therein for 36 hours to melt; 제2공정 (수소환원공정) 상기 제1공정에서 제조된 합금을 냉각시킨 후에 수소환원로에 장입시켜 수소환원콘트롤러(20)의 지시에 의해 외부에서 질소 및 수소를 공급하면서 수소환원 가열기(21) 및 그라파이트발열체(22)로 400℃에서 15분간 가열시키면서 용융된 합금을 환원시키고 이 때 생성된 가스는 멀티튜브(23)와, 배기관(24)을 통하여 소각시키거나 배출시키면서 합금을 수소환원시킨 후에;Second Step (Hydrogen Reduction Step) The hydrogen reduction heater 21 cools the alloy prepared in the first step, loads it into a hydrogen reduction reactor, and supplies nitrogen and hydrogen from the outside as instructed by the hydrogen reduction controller 20. And reducing the molten alloy by heating the graphite heating element at 400 ° C. for 15 minutes, and the generated gas is hydrogen-reduced while incinerated or discharged through the multitube 23 and the exhaust pipe 24. ; 제3공정 (분쇄공정) 냉각시켜 통상의 분쇄기로 분쇄시켜 분말화 시킨 다음;Third step (grinding step) After cooling, pulverizing with a conventional pulverizer to powder; 제4공정 (성장공정) 상기 제3공정에서 제조된 분말을 제1공정에서 사용한 장치를 이용하여 동일한 방법으로 5×10-5torr진공 용융상태에서 650~750℃에서 1~100mm/hr, 일방향 성장시키고 , 36시간 280~370℃로 가열하여 소둔 처리한 다음;4th process (growth process) 1-100 mm / hr at 650-750 degreeC in the vacuum melting state by the same method using the apparatus used for the said 3rd process using the apparatus used by the 1st process in 5 * 10 <-5> torr Growing, annealing by heating to 280-370 ° C. for 36 hours; 제5공정 (표면처리공정) 상기와 같이 성장된 열전재료를 합금의 표면에 통상의 Mo도금처리하여 Mo층(50)을 형성한 다음, 그 위에 통상의 Ni도금처리하여 Ni층(51)을 형성한 후에, 그 위에 통상의 폴리머접착제층(52)을 형성한 다음에 통상의 동도금처리하여 동코팅층(53)을 형성한 후에, 그 표면위에 다시 상기와 동일한 통상의 폴리머접착제층(54)을 형성한 다음,Fifth Step (Surface Treatment Process) The thermoelectric material grown as described above is subjected to a conventional Mo plating treatment on the surface of the alloy to form a Mo layer 50, and then a normal Ni plating treatment thereon to form the Ni layer 51. After forming, the conventional polymer adhesive layer 52 is formed thereon, followed by ordinary copper plating to form the copper coating layer 53, and then on the surface thereof, the same conventional polymer adhesive layer 54 is again formed. After forming 알루미늄, 구리, 합금 및 은처리된 Substrate의 하부에 세라믹코팅층과, 상기 세라믹코팅층 하부에 형성된 Ni도금층에 접착시켜, 통상의 절단기로 일정크기로 절단하여 제조함을 특징으로 하는 열전도재료의 제조방법.A method of manufacturing a thermally conductive material, comprising: attaching a ceramic coating layer to a lower portion of an aluminum, copper, alloy, and silver-treated substrate and a Ni plating layer formed below the ceramic coating layer, and cutting the same to a predetermined size with a conventional cutting machine. 열전재료의 제조방법에 있어서, 제1공정(용융공정);합금조성비가 Bi2Te3: Sb2Te3가 85: 15 wt%인 조성물을 용융장치에 5×10-5torr진공상태에서 1000℃이하로 하여 장치의 중앙상부에 회전고정구(11)에 의해 매달려 있으며, 상기 히팅부(7)의 중앙부에 위치한 시료내장 튜브(8)에 장입한 다음, 컴퓨터(1)의 지시에 의해 콘트롤러(2)가 작동되며 상기 콘트롤러(2)에 의해 모터(3)가 작동되면, 모터(3)에 연결된 감속기(4)와 상기 감속기(4)와 연결된 베벨기어(5)가 1~100mm/hr의 속도로 회전되면서, 상기 베벨기어(5)와 연결된 스크류(6)가 회전되고, 동시에 상기 상기 스크류(6)의 중앙부에 설치된 히팅부(7)이 상기 시료내장 튜브(8)을 상하로 이동하면서 상기 히팅부(7)의 끝단에 형성된 가열기(10)에 의해 36시간동안 가열시켜 용융시킨 다음;A method for producing a thermoelectric material, comprising: a first step (melting step); a composition having a alloy composition ratio of Bi 2 Te 3 : Sb 2 Te 3 of 85: 15 wt% in a melt apparatus at 5 × 10 -5 torr in a vacuum state of 1000; It is suspended by the rotating fixture 11 at the center of the apparatus below the temperature of less than or equal to ℃, charged in the sample tube (8) located in the center of the heating portion 7, and then the controller (1) 2) is operated and the motor 3 is operated by the controller 2, the reducer 4 connected to the motor 3 and the bevel gear 5 connected to the reducer 4 is 1 ~ 100mm / hr While rotating at a speed, the screw 6 connected to the bevel gear 5 is rotated, and at the same time, the heating part 7 installed at the center of the screw 6 moves the sample inner tube 8 up and down. Heating and melting for 36 hours by a heater 10 formed at the end of the heating unit 7; 제2공정 (수소환원공정) 상기 제1공정에서 제조된 합금을 냉각시킨 후에 수소환원로에 장입시켜 수소환원콘트롤러(20)의 지시에 의해 외부에서 질소 및 수소를 공급하면서 수소환원 가열기(21) 및 그라파이트발열체(22)로 400℃에서 15분간 가열시키면서 용융된 합금을 환원시키고 이 때 생성된 가스는 멀티튜브(23)와, 배기관(24)을 통하여 소각시키거나 배출시키면서 합금을 수소환원시킨 후에;Second Step (Hydrogen Reduction Step) The hydrogen reduction heater 21 cools the alloy prepared in the first step, loads it into a hydrogen reduction reactor, and supplies nitrogen and hydrogen from the outside as instructed by the hydrogen reduction controller 20. And reducing the molten alloy by heating the graphite heating element at 400 ° C. for 15 minutes, and the generated gas is hydrogen-reduced while incinerated or discharged through the multitube 23 and the exhaust pipe 24. ; 제3공정 (분쇄공정) 냉각시켜 통상의 분쇄기로 분쇄시켜 분말화 시킨 다음;Third step (grinding step) After cooling, pulverizing with a conventional pulverizer to powder; 제4공정(열간압착공정) 상기 제3공정에서 제조된 분말을 열전압축기의 진공챔버(30)에 장입시켜 5×10-5torrt진공상태에서 일측은 전극히터(32,33,43)로 구성된 가열부(41)를 형성하여 전극히터로 1150°K로 가열하고, 반대측은 냉각호스(31,42)를 이용한 냉각부(40)를 형성시켜 740°K로 냉각을 3시간동안 열간압착시키고, 이때 생성된 가스는 배기덕트(35)를 통하여 배출시키고, 상기 장치들은 열간압착장치콘트롤러(34)로 조작하여 열간압착된 열전재료를4th process (hot pressing process) The powder manufactured in the 3rd process is charged to the vacuum chamber 30 of a thermal voltage accumulator, and one side is comprised of the electrode heaters 32,33,43 in a 5 * 10 <-5> torrt vacuum state. The heating part 41 is formed and heated to 1150 ° K by an electrode heater, and the opposite side is formed into a cooling part 40 using cooling hoses 31 and 42 to hot-press the cooling to 740 ° K for 3 hours. At this time, the generated gas is discharged through the exhaust duct 35, and the apparatuses are operated by the hot pressing device controller 34 to remove the hot pressed thermoelectric material. 제5공정 (표면처리공정); 상기와 같이 열간압착된 열전재료를 합금의 표면에 통상의 Mo도금처리하여 Mo층(50)을 형성한 다음, 그 위에 통상의 Ni도금처리하여 Ni층(51)을 형성한 후에, 그 위에 통상의 폴리머접착제층(52)을 형성한 다음에 통상의 동도금처리하여 동코팅층(53)을 형성한 후에, 그 표면위에 다시 상기와 동일한 통상의 폴리머접착제층(54)을 형성한 다음,5th process (surface treatment process); After hot-pressing the thermoelectric material as described above, the surface of the alloy is usually Mo-plated to form the Mo layer 50, and then the ordinary Ni plating is formed thereon to form the Ni layer 51 thereon, After forming the polymer adhesive layer 52, the copper plating layer 53 is formed by ordinary copper plating, and then the same conventional polymer adhesive layer 54 is formed on the surface again. 알루미늄, 구리, 합금 및 은처리된 Substrate의 하부에 세라믹코팅층과, 상기 세라믹코팅층 하부에 형성된 Ni도금층에 접착시켜, 통상의 절단기로 일정크기로 절단하여 제조함을 특징으로 하는 열전도재료의 제조방법.A method of manufacturing a thermally conductive material, comprising: attaching a ceramic coating layer to a lower portion of an aluminum, copper, alloy, and silver-treated substrate and a Ni plating layer formed below the ceramic coating layer, and cutting the same to a predetermined size with a conventional cutting machine.
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