KR101068966B1 - 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101068966B1
KR101068966B1 KR1020100000435A KR20100000435A KR101068966B1 KR 101068966 B1 KR101068966 B1 KR 101068966B1 KR 1020100000435 A KR1020100000435 A KR 1020100000435A KR 20100000435 A KR20100000435 A KR 20100000435A KR 101068966 B1 KR101068966 B1 KR 101068966B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
salt
bismuth
thermoelectric material
tellurium
mixed solution
Prior art date
Application number
KR1020100000435A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110080279A (ko
Inventor
김경태
하국현
이혜문
김경주
이길근
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100000435A priority Critical patent/KR101068966B1/ko
Publication of KR20110080279A publication Critical patent/KR20110080279A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101068966B1 publication Critical patent/KR101068966B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료는, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 극성용매에 혼합, 분산 후 가열하여 석출된다. 본 발명에 따른 Bi-Te 열전재료의 제조방법은, 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계와, 상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계와, 상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계와, 상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료를 석출하는 금속석출단계와, 상기 Bi-Te 열전재료를 성장시키는 금속성장단계로 이루어진다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 폴리올 환원제를 이용하여 나노크기를 가지는 다양한 형태의 열전재료를 간소한 공정으로 확보할 수 있으며, 이를 소결하였을 때 Bi-Te 나노결정립 효과에 의해 열전성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법{A Bi-Te thermoelectric material and Method for fabricating thereof}
본 발명은 폴리올환원제를 사용하여 용매 내에서 비스무스(Bi)염과 텔루륨(Te)염을 환원시켜 제조된 Bi-Te 열전재료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열전재료란 재료 양단 간에 온도차를 주었을 때 전기에너지가 생기고 반대로 재료에 전기에너지를 주었을 때 재료 양단 간에 온도차가 생기는 에너지 변환 재료이다.
이러한 열전재료는 19세기 초에 열전현상인 지백효과(Seebeck effect), 펠티에효과(Peltier effect), 톰슨효과(Thomson effect) 등이 발견 후, 1930년대 후반부터 반도체의 발전과 더불어 열전 성능지수가 높은 열전재료로 개발되어 최근에는 열전 발전을 이용한 산간 벽지용, 우주용, 군사용 등의 특수 전원장치로의 사용과 열전 냉각을 이용한 반도체 레이저 다이오드, 적외선 검출소자 등에서의 정밀한 온도제어나 컴퓨터 관련 소형 냉각기와, 광통신레이저 냉각장치, 냉온수기의 냉각장치, 반도체 온도조절장치, 열교환기 등에 사용되고 있다.
이러한 열전재료의 열전성능지수를 향상시키기 위해서는 무차원 성능지수인 ZT=(ρα2/κ)T 값이 향상되어야 한다.
(α: 제벡 계수 (Seebeck coefficient), ρ: 전기전도도, κ: 열전도도)
열전재료의 성능지수가 높다는 것은 열전재료의 에너지 변환효율이 높다는 것을 의미하는데, 이러한 성능지수를 높이기 위해서는 전기전도도를 높이거나 열전도도를 감소시킬 필요가 있다.
일반적으로 재료의 전기전도도와 열전도도는 서로 의존 특성을 가진다. 즉 전기전도도가 높은 재료는 높은 열전도도를 가지며, 전기전도도가 낮은 열전재료는 열전도도가 낮은 것으로 알려져 있다.
그러나 열전소재의 경우, 상기 성능지수(ZT)에서 확인할 수 있는 바와 같이 높은 전기전도도와 낮은 열전도도의 적절한 조합이 필요하다.
이를 위해 최근 열전재료의 결정립을 나노화시키으로서 새로 생성된 수많은 나노계면에서 포논의 산란을 증가시켜 열전도도 감소를 유도함으로써 결과적으로 성능지수를 향상시키고자하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
나노결정립의 열전소재를 제조하기 위해 종래에는 기계적 분쇄/밀링 방법(용해+응고+분쇄+소결, 단순 기계적 밀링)을 이용하여 열전나노분말을 제조하고 이를 다시 소결하여 나노구조화된 열전소재를 제조한다.
대표적으로 열전재료의 성능지수를 향상시키기 위해 대한민국 등록 특허 제795194호에는 "기계적 밀링-혼합방법에 의한 열전재료 제조방법 및 이에 의한 열전재료"가 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술과 같은 기계적 혼합방법을 사용하면 밀링공정 중에 발생하는 오염문제로 인한 불순물 효과를 쉽게 해결할 수 없으며 다양한 형태의 나노분말 크기와 형상 제어에 어려움이 있다.
이로 인해 최근에는 화학공정을 이용하여 Bi-Te계 열전나노분말을 제조하여 이를 소결함으로서 나노결정립의 열전소재를 제조하고 있다. 즉 "Y. Xu et al., Materials Letters 62, 2008 p763-766, X. B. Zhao et al., 2004 Inorganic Chemistry Communication 7, p386-388" 은 텔루륨(Te)분말을 NaOH나 KOH에 녹이고 이 용액과 Te을 반응시켜 Bi2Te3을 제조하거나 또는 Na계열의 환원제 (NaBH4,)사용하여 Bi와 Te염을 용매 중에서 환원시켜 제조된 열전재료를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 기술에는 Te을 녹이는 공정단계가 필요하고 이를 녹이기 위한 질산계통의 용매가 요구되며, 용매를 중화시켜 분말을 제조하기 위한 중화제로 NaOH가 추가로 요구된다. 또한 환원제로 주로 사용되는 NaBH4 등은 반응이 종료된 후 Na이 지속적으로 잔류하게 되는데 이렇게 잔류하는 나트륨(Na)은 순도를 중요시하는 열전재료에 치명적인 불순물이 될 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 구체적으로는, 폴리올환원제를 사용하여 용매 내에서 비스무스(Bi)염과 텔루륨(Te)염을 환원시켜 나노분말 형태의 Bi-Te 열전재료를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 나트륨(Na)이 포함되지 않은 폴리올환원제와 비스무스(Bi)염과 텔루륨(Te)염을 분산하고, 가열 및 교반하여 Bi-Te 열전재료가 제조되도록 한 Bi-Te 열전재료의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 또 다른 목적은, 비스무스(Bi)염을 선택적으로 변경하고 계면활성제를 선택적으로 포함시켜 다양한 형상 및 크기를 갖는 Bi-Te 열전재료의 제조가 가능하도록 한 Bi-Te 열전재료의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료는, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 극성용매에 혼합, 분산 후 가열하여 석출된 것을 특징으로 한다.
상기 극성용매는 Octylether 또는 Ethylene glycol 이 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 Bi-Te 열전재료는 나노미터 크기의 지름을 갖는 구형 또는 나노미터 크기의 지름과 마이크로미터 수준의 길이를 가진 막대형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Bi-Te 열전재료의 제조방법은, 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계와, 상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계와, 상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계와, 상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료를 석출하는 금속석출단계와, 상기 Bi-Te 열전재료를 성장시키는 금속성장단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제1분산단계 이후에는, 상기 분산된 혼합용액에 계면활성제를 첨가하는 계면활성제첨가과정과, 상기 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 분산 및 혼합하는 분산혼합과정이 실시됨을 특징으로 한다.
상기 비스무스(Bi)염은 비스무스 아세테이트(Bi acetate), 비스무스 클로라이드(Bi chloride) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 Bi-Te 열전재료의 제조방법은, 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계와, 상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계와, 상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계와, 상기 분산된 혼합용액에 계면활성제를 첨가하는 계면활성과정과, 상기 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 분산 및 혼합하는 분산혼합과정과, 상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료를 석출하는 금속석출단계와, 상기 Bi-Te 열전재료를 용액 중에서 성장시키는 금속성장단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 금속성장단계는, 나노막대 형상의 텔루륨(Te) 표면에 비스무스(Bi)가 핵생성 및 성장하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 비스무스(Bi)염은 비스무스 아세테이트(Bi acetate), 비스무스 클로라이드(Bi chloride), 비스무스 니트레이트(Te nitrate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 제1분산단계의 계면활성제는 Oleylamine 또는 TOP (Trioctylphospine) 또는 TOPO(Trioctylphosphine oxide) 가 적용됨을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료는, 폴리올환원제를 사용하여 용매 내에서 비스무스(Bi)염과 텔루륨(Te)염을 환원시켜 제조된다.
따라서, Na계열의 환원제 및 중화제를 사용하지 않으므로 Na잔류 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 조성물을 선택적으로 변경하여 다양한 크기 및 형상을 가지는 Bi-Te 열전재료의 제조가 가능하며, 20㎚급의 극미세 열전재료의 제조도 가능하다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 나노막대형 Bi-Te 열전재료는 구형형상 뿐만 아니라, tetra-quad 등 다양한 형태 제어가 가능하여 이를 소결한 소결체 내부에 결정립 정렬 또는 이상 조직 형성이 용이하므로 이를 이용한 열전 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 종래기술에 의한 기계적 공정에 의한 열전재료의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2 는 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 은 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 조성 및 실험 조건을 나타낸 표.
도 4 는 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 바람직한 제1실시예의 사진.
도 5 는 도 4의 확대 사진.
도 6 은 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 제2실시예의 확대 사진.
도 7 은 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 제3실시예의 확대 사진.
도 8 은 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 Bi-Te 열전재료의 소결체 XRD 결과.
도 9 는 도 8의 소결체 확대 사진.
도 10 은 종래의 마이크로 열전재료와 본 발명에 따른 Bi-Te 열전재료를 각각 소결하여 열전도도를 비교한 그래프.
이하에서는 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 나노분말 형태의 Bi-Te 열전재료의 제조방법을 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 본 발명에 따른 열전재료의 제조방법은, 폴리올환원제를 사용하여 용매 내에서 비스무스(Bi)염과 텔루륨(Te)염을 환원시켜 Bi-Te 열전재료(도 4의 도면부호 12)가 제조되도록 하였다.
보다 구체적으로 살펴보면, 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계(S200)와, 상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계(S300)와, 상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료(12)를 석출하는 금속석출단계(S400)와, 상기 Bi-Te 열전재료(12)를 성장시키는 금속성장단계(S500)로 이루어진다.
상기 재료준비단계(S100)에서 상기 극성용매는 Octylether 또는 Ethylene glycol 이 적용되었으며, 상기 텔루륨염은 텔루륨 클로라이드(Te chloride)는 TeCl4가 적용되었다.
그리고, 상기 비스무스염은 비스무스 아세테이트(Bi acetate), 비스무스 클로라이드(Bi chloride), 비스무스 니트레이트(Bi nitrate) 중 어느 하나가 적용되었다.
상기 폴리올환원제는 비스무스염과 텔루륨염을 환원시키기 위한 구성으로, 화학구조식 말단에 OH-기를 가지는 범위 내에서 다양하게 변경 적용이 가능하다.
상기와 같이 준비된 재료를 용액조성단계(S200)를 통해 혼합하여 혼합용액을 만들고, 상기 혼합용액은 초음파 등이 제공되어 분산된다(분산단계:S300).
상기 분산단계(S300) 이후에는 금속석출단계(S400)가 실시된다. 상기 금속석출단계(S400)는 상기 극성용매 내부에 분산된 비스무스염과 텔루륨염을 환원시켜 Bi-Te 열전재료(12)를 석출하는 과정이다.
이때 본 발명의 실시예에서는 200 내지 250℃의 온도 범위 내에서 2시간 동안 가열하였다.
따라서, 상기 금속석출단계(S400)가 진행됨에 따라 상기 금속성장단계(S500)도 동시에 실시되어 상기 Bi-Te 열전재료(12)는 제조 가능하게 된다.
한편, 상기 제1분산단계(S300) 이후에는 계면활성제첨가과정(S320)과 분산혼합과정(S340)이 선택적으로 실시된다.
상기 계면활성제첨가과정(S320)과 분산혼합과정(S340)은 열전재료(12)의 형상 및 크기를 제어하기 위한 것으로, 상기 계면활성제첨가과정(S320)과 분산혼합과정(S340)이 실시되어 제조된 열전재료(12)는 실시되지 않은 열전재료(12)보다 미세한 크기를 가지게 된다.
또한, 상기 계면활성제첨가과정(S320)과 분산혼합과정(S340)이 실시되어 제조된 열전재료(12)는 구(求) 형상을 가지지만 상기 과정들이 실시되지 않은 열전재료(12)는 판(版) 형상을 가지게 된다.
상기 계면활성제첨가과정(S320)에서 첨가되는 계면활성제는 본 발명의 실시예에서 Oleylamine 이 적용되었으며, 분산혼합과정(S340)은 초음파를 조사하여 실시하였다.
상기와 같은 과정에 따라 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료(12)의 제조는 완료되며, 상기 나노막대 형상의 Bi-Te 열전재료를 제조하는 방법은 상기한 단계에서 일부의 구성에 차이가 있다.
물론 상기 계면활성제첨가과정(S320)이 실시됨에 따라 응집될 수 있는 재료들을 다시 한번 분산시키기 위해 분산혼합과정(S340)이 뒤따르게 되며, 이때 상기 재료들은 혼합된다.
그리고, 상기 금속성장단계(S500)에서는, 나노막대 형상으로 석출되는 텔루륨(Te) 나노막대의 표면에 비스무스(Bi)가 핵생성 및 성장하여 Bi-Te 합금조성을 가지는 열전재료가 성장하게 된다.
실제로 Bi와 Te의 표준환원전위 (Standard reduction potential)를 살펴보면 다음 식과 같이 Te의 환원전위가 더 높아 용액내에서 Te이 먼저 핵생성되어 성장된다. 반응은 아래식에서
Figure 112010000415443-pat00001
(2), (1) 그리고 (3)번의 반응이 순차적 또는 동시에 일어나는 것으로 예상되면 Bi의 이온화 후 환원과정은 chloride기 또는 acetate기의 부착 여부에 따라 달라진다.
이하 첨부된 도 3 내지 도 7을 참조하여 나노막대형 Bi-Te 열전재료를 제조한 실험 결과를 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 나노막대형 Bi-Te 열전재료의 조성 및 실험 조건을 나타낸 표이고, 도 4 내지 도 6에는 본 발명에 의한 Bi-Te 열전재료의 바람직한 제1실시예 내지 제3실시예의 확대 사진들이 도시되어 있으며, 도 7에는 본 발명에 의한 나노막대형 Bi-Te 열전재료의 확대 사진이 첨부되어 있다.
[제1실시예]
극성용매로서 Ethylene glycol을 사용하고, 비스무스염(Bi chloride)과 텔루륨염Tecl4)을 준비하였다. 그리고 계면활성제를 첨가하여 200℃로 1시간 동안 가열하여 Bi-Te 열전재료(12)를 제조하였다.
그 결과 첨부된 도 4와 같이 100㎚의 입경크기를 가지는 구형의 Bi-Te 열전재료(12)를 얻을 수 있었다.
도 5는 도 4를 확대한 고해상도 TEM 사진으로 100nm크기의 나노분말은 20nm이하의 나노결정립의 다결정으로 이루어져 있음이 확인된다.
[제2실시예]
극성용매로서 Ethylene glycol 을 사용하고, 비스무스염(Bi chloride)과 텔루륨(Tecl4)을 준비하였다. 그리고 계면활성제는 첨가하지 않고 200℃로 2시간 동안 가열하여 Bi-Te 열전재료(12)를 제조하였다.
그 결과 첨부된 도 6과 같이 판상의 조대한 Bi-Te 열전재료(12)를 얻을 수 있었다.
[제3실시예]
극성용매로서 Ethylene glycol 을 사용하고, 비스무스염(Bi nitrate)과 텔루염륨(Tecl4)을 준비하였다. 그리고 계면활성제를 첨가하여 250℃로 2시간 동안 가열하여 Bi-Te 열전재료(12)를 제조하였다.
그 결과 첨부된 도 7과 같이 200㎚ 지름과 1㎛ 급의 길이를 가지는 막대가 별모양을 갖도록 형성된 Bi-Te 열전재료(12)를 얻을 수 있었다.
그리고, 도 8과 같이, 제1실시예에 따라 제조된 Bi-Te 열전재료(12)와 이들의 소결체 XRD결과 Te이 많은 Bi2Te3상임을 확인하였다. 또한 소결체의 결정립은 300nm이하로 나노결정립이 되며 열전도도를 측정한 결과, 도 10과 같이 마이크로 크기의 열전재료(12)로 제조한 소결품보다 30% 정도 열전도도가 감소한 것을 확인할 수 있었다.
이로부터 본 발명의 방법으로 제조한 열전나노분말을 사용하면 열전도도의 감소가 가능하여 비약적으로 향상된 열전소재의 제조가 가능함을 확인하였다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상의 구체적인 일예들에 불과하며, 제조 과정상의 온도, 시간, 탄소나노튜브의 부피분율 등과 같은 처리 조건 등은 당업자에 의하여 선택적으로 변형가능할 것이다.
12. Bi-Te 열전재료 S100. 재료준비단계
S200. 용액조성단계 S300. 제1분산단계
S320. 계면활성제첨가과정 S340. 분산혼합과정
S400. 금속석출단계 S500. 금속성장단계

Claims (10)

  1. 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 Octylether 또는 Ethylene glycol 이 적용된 극성용매에 혼합, 분산 후 가열에 의해 환원시켜 석출 및 성장되며, 판 형상이 두께 방향으로 다수 겹쳐진 분말 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료.
  2. 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 Octylether 또는 Ethylene glycol 이 적용된 극성용매에 혼합, 분산하고, 계면활성제를 추가로 첨가하여 분산한 후 가열에 의해 환원시켜 석출 및 성장되며, 서로 다른 각도를 가지는 다수 막대의 일측이 서로 부착된 방사상의 분말 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료.
  3. 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 Octylether 또는 Ethylene glycol 이 적용된 극성용매에 혼합, 분산하고, 계면활성제를 추가로 첨가하여 분산한 후 가열에 의해 환원시켜 석출 및 성장되며, 200㎚ 이하의 입경을 갖는 구(求) 형상의 분말 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료.
  4. 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계와,
    상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계와,
    상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계와,
    상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료를 석출하는 금속석출단계와,
    상기 Bi-Te 열전재료를 성장시키는 금속성장단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 제1분산단계 이후에는, 상기 분산된 혼합용액에 계면활성제를 첨가하는 계면활성제첨가과정과, 상기 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 분산 및 혼합하는 분산혼합과정이 실시됨을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비스무스(Bi)염은 비스무스 아세테이트(Bi acetate), 비스무스 클로라이드(Bi chloride) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  7. 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 준비하는 재료준비단계와,
    상기 극성용매와, 폴리올환원제, 텔루륨(Te)염, 비스무스(Bi)염을 혼합하여 혼합용액을 조성하는 용액조성단계와,
    상기 혼합용액에 포함된 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 분산하는 제1분산단계와,
    상기 분산된 혼합용액에 계면활성제를 첨가하는 계면활성과정과,
    상기 계면활성제가 첨가된 혼합용액을 분산 및 혼합하는 분산혼합과정과,
    상기 분산된 혼합용액을 가열 및 교반하여 텔루륨(Te)염과 비스무스(Bi)염을 환원하여 Bi-Te 열전재료를 석출하는 금속석출단계와,
    상기 Bi-Te 열전재료를 용액 중에서 성장시키는 금속성장단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속성장단계는, 나노막대 형상의 텔루륨(Te) 표면에 비스무스(Bi)가 핵생성 및 성장하는 과정임을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료가 성장하는 것임을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 비스무스(Bi)염은 비스무스 아세테이트(Bi acetate), 비스무스 클로라이드(Bi chloride), 비스무스 니트레이트(Te nitrate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1분산단계의 계면활성제는 Oleylamine 또는 TOP (Trioctylphospine) 또는 TOPO(Trioctylphosphine oxide) 가 적용됨을 특징으로 하는 Bi-Te 열전재료의 제조방법.
KR1020100000435A 2010-01-05 2010-01-05 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법 KR101068966B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100000435A KR101068966B1 (ko) 2010-01-05 2010-01-05 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100000435A KR101068966B1 (ko) 2010-01-05 2010-01-05 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110080279A KR20110080279A (ko) 2011-07-13
KR101068966B1 true KR101068966B1 (ko) 2011-09-29

Family

ID=44919223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100000435A KR101068966B1 (ko) 2010-01-05 2010-01-05 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101068966B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101346325B1 (ko) * 2011-07-19 2013-12-31 한국기계연구원 코어-쉘 구조 나노소재를 이용한 열전재료의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열전재료
KR20190054644A (ko) 2017-11-14 2019-05-22 (주)엠티아이지 폐열전모듈을 재활용한 비스무스 텔루라이드 나노 분말 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090116137A (ko) * 2008-05-06 2009-11-11 한국생산기술연구원 ECAP법에 의한 Bi-Te계 열전재료의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090116137A (ko) * 2008-05-06 2009-11-11 한국생산기술연구원 ECAP법에 의한 Bi-Te계 열전재료의 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101346325B1 (ko) * 2011-07-19 2013-12-31 한국기계연구원 코어-쉘 구조 나노소재를 이용한 열전재료의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열전재료
KR20190054644A (ko) 2017-11-14 2019-05-22 (주)엠티아이지 폐열전모듈을 재활용한 비스무스 텔루라이드 나노 분말 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110080279A (ko) 2011-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mamur et al. A review on bismuth telluride (Bi2Te3) nanostructure for thermoelectric applications
Nandihalli et al. Energy‐saving pathways for thermoelectric nanomaterial synthesis: hydrothermal/solvothermal, microwave‐assisted, solution‐based, and powder processing
JP5214695B2 (ja) 熱電材料とそれを原料とした複合材料及びその製造方法
KR101695258B1 (ko) 열전복합재료 및 열전복합재료의 제조방법
KR101346325B1 (ko) 코어-쉘 구조 나노소재를 이용한 열전재료의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 열전재료
KR20110052225A (ko) 나노복합체형 열전재료 및 이를 포함하는 열전소자와 열전모듈
JP2011146644A (ja) ナノコンポジット熱電変換材料およびその製造方法
KR101286108B1 (ko) 용매열합성에 의한 텔륨 나노와이어 및 비스무스텔루라이드 나노튜브의 제조방법
US9634220B2 (en) Fabrication method for synthesizing a BixSb2-xTe3 thermoelectric nanocompound and thermoelectric nanocompound thereby
Li et al. Dual-functional aniline-assisted wet-chemical synthesis of bismuth telluride nanoplatelets and their thermoelectric performance
Wu et al. Facile synthesis of monodisperse Cu 3 SbSe 4 nanoparticles and thermoelectric performance of Cu 3 SbSe 4 nanoparticle-based materials
Kim et al. Development of bismuth tellurium selenide nanoparticles for thermoelectric applications via a chemical synthetic process
TWI555243B (zh) 熱電材料及其製法
Chauhan et al. Scalable colloidal synthesis of Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 plate-like particles give access to a high-performing n-type thermoelectric material for low temperature application
KR101068964B1 (ko) 열전재료 및 화학적 공정에 의한 열전재료 제조방법
KR101451302B1 (ko) 비스무트 텔루라이드 나노튜브의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 큰 종횡비를 가지는 비스무트 텔루라이드 나노튜브
KR101068966B1 (ko) 비스무스-텔루륨 열전재료 및 이의 제조방법
KR101205901B1 (ko) 열전재료의 제조방법 및 이에 따라 제조된 열전재료
JP3867134B2 (ja) 複合酸化物焼結体の製造方法
KR101142917B1 (ko) 열전나노복합분말의 제조방법
US20140174493A1 (en) Nanocomposite thermoelectric conversion material and method of manufacture thereof
JP2008108876A (ja) 熱電変換素子及びその製造方法
US9634218B2 (en) Fabrication method for synthesizing a Bi2TeySe3-y thermoelectric nanocompound and thermoelectric nanocompound thereby
Yang et al. Low-temperature, solution-based, scalable synthesis of Sb 2 Te 3 nanoparticles with an enhanced power factor
KR20190049020A (ko) 육각판상형 나노구조를 가지는 a2b3 계 열전재료 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140626

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150604

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160620

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170621

Year of fee payment: 7