KR101528589B1 - Method of manufacturing thermoelectric material and thermoelectric material prepared by the method and thermoelectric generator - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 가지 양태에 따라서, Pb-Te계 열전 재료 제조 방법이 제공되는데, Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서, 원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및 상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a Pb-Te based thermoelectric material, comprising the steps of: mixing an element lead, an element tellurium and a dopant to form a Pb- ; Quenching the mixture after melting; And hot-pressing the formed body after the quenching to obtain a thermosetting body.

Description

열전 재료 제조 방법, 열전 재료 및 열전 발전기{METHOD OF MANUFACTURING THERMOELECTRIC MATERIAL AND THERMOELECTRIC MATERIAL PREPARED BY THE METHOD AND THERMOELECTRIC GENERATOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric material manufacturing method, a thermoelectric material, and a thermoelectric generator. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002]

본 발명은 열전 재료 제조 방법, 열전 재료 및 이를 이용한 열전 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric material production method, a thermoelectric material and a thermoelectric generator using the same.

전 세계적으로 전기에 대한 큰 요구가 있어서, 지속 가능한 에너지 기술이 큰 관심을 받고 있다. 그러나, 현재 태양열, 풍력 등과 같은 재생 가능한 에너지원은 비교적 높은 비용 때문에 전체 전기의 극히 작은 부분만을 제공하고 있을 뿐이다. 이와 관련하여, 열 에너지는 저비용의 지속 가능한 에너지의 잠재원으로서 평가받고 있다. 그러나, 상당 비율의 에너지가 열의 형태로 낭비된다. 가정에서의 가열과정, 자동차 배기 및 산업 프로세스 모두 상당량의 미이용의 폐기열을 야기한다. 이러한 큰 잠재력으로 인하여, 폐열로부터 전기를 생성하기 위한 비용 효과적인 기술에 대하여 많은 관심이 있다.
There is a great demand for electricity all over the world, and sustainable energy technology is receiving great attention. However, renewable energy sources such as solar, wind, and the like currently provide only a very small portion of the total electricity because of the relatively high cost. In this regard, thermal energy is valued as a potential source of low-cost, sustainable energy. However, a significant amount of energy is wasted in the form of heat. Both domestic heating processes, automotive exhaust and industrial processes result in a significant amount of unused waste heat. Due to this great potential, there is much interest in cost effective techniques for generating electricity from waste heat.

이와 관련하여, 열전재료가 보다 많은 관심을 받아오고 있는데, 이는 열전재료가 열을 전기로 바로 변환할 수 있기 때문이다. 열전 재료는 열을 전기로 또는 전기를 열로 직접 변환시키는 기능을 갖는 금속 또는 세라믹 재료로서, 쓰레기 소각에 의한 폐열, 터빈 발전 폐열, 자동차 배기가스의 열, 도시가스의 연소 배열 및 각종 산업 폐열 등을 이용하여 열전 발전 또는 열전 냉각 등에의 응용이 주목을 받고 있다. 열전 재료를 이용한 열전 발전은 온도차만 부여하면 가동부분 없이 발전이 가능하다는 특성 이외에 구조가 간단하고 고장이 적어 유지관리가 용이하고, 소음이 없으며 이용 열원의 선택 범위가 넓다는 이점이 있다. 또한, 열전 냉각은 고장이 적고 소음이 없으며 미소 부분의 선택적 냉각이 가능하고 열 응답 감도가 높아 온도 제어가 정밀하고, 압축기나 냉매가 필요 없는 특징과 이점을 갖고 있다.
In this regard, thermoelectric materials have attracted more attention because thermoelectric materials can convert heat into electricity. The thermoelectric material is a metal or ceramic material having a function of directly converting heat into electric furnace or electric power into heat, and it is a metal or ceramic material which can be used as waste heat, waste heat of turbine generation, heat of automobile exhaust gas, combustion arrangement of city gas, Application to thermoelectric power generation or thermoelectric cooling has attracted attention. Thermoelectric power generation using thermoelectric materials is advantageous in that it is simple in structure, easy to maintain and easy to maintain, has no noise, and has a wide selection range of heat source to use, in addition to its ability to generate electricity without moving parts if only temperature difference is given. In addition, thermoelectric cooling has features and advantages that it does not require a compressor or a refrigerant because it has fewer faults, no noise, enables selective cooling of minute portions, and has high temperature response sensitivity.

한편, 열전 재료의 효율은 성능지수 ZT=S2T/ρκ로 평가할 수 있는데, 여기서 S는 Seebeck 계수, ρ는 전기 저항, κ는 열전도율, T는 절대온도이다. 즉, 성능지수가 클수록 변환효율은 더 커진다.
On the other hand, the efficiency of the thermoelectric material can be evaluated by the performance index ZT = S 2 T / ρκ where S is the Seebeck coefficient, ρ is the electrical resistance, κ is the thermal conductivity, and T is the absolute temperature. That is, the larger the figure of merit, the greater the conversion efficiency.

열전 재료는 성능지수가 크면 클수록 발생되는 전기에너지가 커지므로, 우수한 특성을 나타낸다. 따라서, 상기 식으로부터 열전 재료로서의 응용을 위해서는 제벡계수 및 전기전도도가 크고, 열전도도가 작은 열전 재료가 요구된다.
The larger the figure of merit of the thermoelectric material is, the greater the electric energy generated, and therefore, the thermoelectric material exhibits excellent characteristics. Therefore, from the above equations, a thermoelectric material having a large Seebeck coefficient and electrical conductivity and a small thermal conductivity is required for application as a thermoelectric material.

전통적인 열전 재료 중 하나인 PbTe-계 합금은 오랜 시간 연구되어 왔으나, 과거 수십 년간 그 성능 지수는 대략 1 부근에 머물러 있다. 최근, PbTe 합금에서 열전 성능을 향상시키는 새로운 물리적 원리가 제안되고 있으나, 성능 지수 개선이 제한적이다.One of the traditional thermoelectric materials, PbTe-based alloys, has been studied for a long time, but its figure of merit remains around one in the past decades. Recently, new physical principles for improving thermoelectric performance have been proposed in PbTe alloys, but improvement of performance index is limited.

본 발명의 목적은 공정시간 및 비용을 낮출 수 있는 열전 재료 제조 방법 및 열전 재료를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thermoelectric material manufacturing method and a thermoelectric material which can reduce processing time and cost.

본 발명의 다른 목적은 성능지수를 향상시킬 수 있는 열전 재료 제조 방법 및 열전 재료를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a thermoelectric material manufacturing method and a thermoelectric material capable of improving the figure of merit.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 가지 양태에 따른 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서, 원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및 상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계를 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a Pb-Te based thermoelectric material, comprising: forming a Pb-Te based mixture by mixing elemental lead, elemental tellurium and a dopant; Quenching the mixture after melting; And hot pressing the formed body after the quenching to obtain a thermosetting body. The present invention also provides a method of manufacturing a Pb-Te based thermoelectric material.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나에 해당한다.In one embodiment, the dopant corresponds to at least one of sodium (Na), potassium (K), and silver (Ag).

한 가지 실시예에 있어서, 상기 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 도펀트의 조성비가 2원자%가 되도록 원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of forming the mixture may include mixing element lead, element tellurium and a dopant such that the composition ratio of the dopant is 2 atomic%.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 2원자%의 도펀트 중 0.5원자%는 도핑되고, 1.5원자%는 Pb-Te계 열전 재료의 결정립 안에 석출될 수 있다.In one embodiment, 0.5 atomic% of the 2 atomic% dopant may be doped and 1.5 atomic% may be precipitated in the crystal grains of the Pb-Te system thermoelectric material.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 도펀트의 1.5원자%는 상기 Pb-Te계 열전 재료의 결정립 안에 2nm 내지 4nm의 크기로 석출될 수 있다.In one embodiment, 1.5 atomic% of the dopant may be precipitated in a grain size of 2 nm to 4 nm in the grain of the Pb-Te-based thermoelectric material.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 혼합물을 급냉시킨 후, 어닐링 과정을 수행하지 않고, 상기 핫 프레싱을 수행할 수 있다.In one embodiment, the hot pressing may be performed without quenching the mixture and then performing the annealing process.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 혼합물을 상기 용융 전에 소킹(soaking)처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method may further comprise performing a soaking treatment of the mixture before the melting.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 열전 소결체는 700K 내지 800K의 중온영역에서 적어도 2.0 이상의 열전성능지수를 갖는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.In one embodiment, the thermoelectric element has a thermoelectric performance index of at least 2.0 in a medium temperature region of 700K to 800K.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 열전 소결체를 얻는 단계는, 상기 성형체를 파우더 형태로 분쇄하여 핫 프레싱 하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of obtaining the thermoselectively sintered body may include a step of pulverizing the molded body into a powder form and hot-pressing.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 도펀트는 나트륨을 포함하고, 상기 열전 소결체를 얻는 단계는, 상기 나트륨이 석출되는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the dopant comprises sodium, and the step of obtaining the thermoselected body may include the step of precipitating the sodium.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 나트륨이 석출되는 단계에서, 상기 나트륨이 NaTe, Na2Te 중 적어도 하나로 석출될 수 있다.In one embodiment, at the step at which the precipitated sodium, the sodium may be deposited to at least one of the NaTe, Na 2 Te.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 NaTe, Na2Te는 2nm 내지 4nm의 크기로 석출될 수 있다.In one embodiment, the NaTe, Na 2 Te may be precipitated to a size of 2nm to 4nm.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 열전 소결체는 평균 3㎛ 내지 4㎛ 크기의 복수의 결정립을 가질 수 있다.In one embodiment, the thermoselective element may have a plurality of crystal grains having an average size of 3 mu m to 4 mu m.

본 발명의 다른 양태에 따라서, 도펀트 X가 도핑된 Pb-X-Te으로 구성된 Pb-Te계 열전 재료로서, 복수의 결정립; 및 상기 복수의 결정립 내에 상기 도펀트가 포함된 2nm 내지 4nm 크기의 석출물을 포함하는 Pb-Te계 열전 재료가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a Pb-Te-based thermoelectric material composed of Pb-X-Te doped with a dopant X, And a Pb-Te-based thermoelectric material including a precipitate having a size of 2 nm to 4 nm and including the dopant in the plurality of crystal grains.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중 적어도 하나일 수 있다.In one embodiment, the dopant may be at least one of sodium (Na), potassium (K), and silver (Ag).

한 가지 실시예에 있어서, 상기 복수의 결정립의 크기는 평균 3㎛ 내지 4㎛ 크기일 수 있다.In one embodiment, the size of the plurality of grains may be on the order of 3 mu m to 4 mu m in average.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 Pb-Te계 열전 재료는 Pb0 .98- dX0 .02+dTe(-0.001<d<0.001)의 조성을 가질 수 있다.In one embodiment, the Pb-Te-based thermoelectric material may have a composition of Pb 0 .98- d X 0 .02 + d Te (-0.001 <d <0.001).

한 가지 실시예에 있어서, 상기 도펀트는 나트륨이고, 상기 나트륨이 포함된 석출물의 석출상은 NaTe, Na2Te 중 적어도 하나일 수 있다.In one embodiment, the dopant may be a sodium, and at least one precipitation phase NaTe, Na 2 Te of the precipitate containing the sodium.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 상기 Pb-Te계 열전 재료를 포함하는 열전 발전기가 제공될 수 있다.According to still another aspect of the present invention, a thermoelectric generator including the Pb-Te-based thermoelectric material may be provided.

본 발명의 실시예에 따르면, Pb-Te계 열전 재료는 어닐링 과정 없이 용융/급냉/핫 프레스라고 하는 신규의 단순한 방법을 통해 제조되어, 공정 시간 및 비용을 대폭 줄일 수 있고, 종래의 것과 비교하여 성능지수를 대폭 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the Pb-Te-based thermoelectric material can be manufactured through a simple new method such as melting / quenching / hot pressing without annealing, thereby greatly reducing the processing time and cost, The performance index can be greatly improved.

도 1은 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 결정립 크기를 나타내는 SEM 이미지로, 도 1A는 실시예 1, 도 1B는 실시예 2, 도 1C는 실시예 3에 따른 열전 재료의 SEM 이미지이다.
도 2는 도 1의 확대도이다.
도 3은 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 실온에서의 XRD 패턴을 보여주는 도면이다.
도 4는 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 비커스 경도 특성을 보여준다.
도 5는 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 열전도율 및 격자 열전도율의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 파워 팩터의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 전기 저항의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 Seebeck 계수의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 1 내지 3에 따른 열전 재료의 성능 지수(ZT)의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 반복된 실시예 1의 평균 성능지수, 보고된 Na 도핑 PbTe(Nature 473(2011)66)의 가장 높은 성능 지수 및 보고된 벌크 열전 재료(Nature 489(2012)414)의 가장 높은 성능 지수를 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 11은 실시예1 내지 3에 따른 열전 재료의 나트륨 석출 크기를 비교하기 위한 TEM 이미지이다. 도 11A는 실시예 1, 도 11B는 실시예 2, 도 11C는 실시예 3의 TEM 이미지이다.
도 12는 도 11의 확대도이다.
도 13은 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 열전 재료의 석출된 나트륨의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 13A는 실시예 1, 도 13B는 실시예 2, 도 13C는 실시예 3의 그래프이다.
1 is an SEM image showing a grain size of a thermoelectric material according to Examples 1 to 3, wherein FIG. 1A is an SEM image of a thermoelectric material according to Example 1, FIG. 1B is Example 2, and FIG.
Fig. 2 is an enlarged view of Fig.
3 is a view showing XRD patterns of the thermoelectric materials according to Examples 1 to 3 at room temperature.
Fig. 4 shows the Vickers hardness characteristics of the thermoelectric materials according to Examples 1 to 3. Fig.
5 is a graph showing the temperature dependence of the thermal conductivity and the lattice thermal conductivity of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3.
6 is a graph showing the temperature dependence of the power factor of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3;
7 is a graph showing the temperature dependence of the electrical resistance of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3;
8 is a graph showing the temperature dependence of the Seebeck coefficient of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3;
9 is a graph showing the temperature dependence of the figure of merit (ZT) of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3.
Figure 10 shows the highest performance index of the reported Na-doped PbTe (Nature 473 (2011) 66) and the highest performance index of the reported bulk thermoelectric material (Nature 489 (2012) 414) As shown in FIG.
11 is a TEM image for comparing the sodium precipitation size of the thermoelectric materials according to Examples 1 to 3. Fig. Fig. 11A is a TEM image of Example 1, Fig. 11B is Example 2, and Fig. 11C is Example 3.
12 is an enlarged view of Fig.
13 is a graph showing the size of precipitated sodium of the thermoelectric material according to Examples 1 to 3. Fig. 13A is a graph of Example 1, FIG. 13B is Example 2, and FIG. 13C is a graph of Example 3. FIG.

이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 당업계에 이미 널리 알려진 기술적 구성이나 원리 등에 대한 설명은 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도, 통상의 기술자라면 이하의 설명을 통해 본 발명의 특징적 구성을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, the description of technical constructions and principles well known in the art will be omitted. Even if these explanations are omitted, the typical configuration of the present invention can be easily understood by a person skilled in the art through the following description.

본 발명은 Pb-Te계 열전 재료의 제조 방법 및 열전 재료에 있어서, 어닐링 과정 없이, 용융, 급냉 및 핫프레싱에 의해 열전 재료를 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 열전 재료 등에 관련된 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a Pb-Te based thermoelectric material and a method of manufacturing a thermoelectric material by melting, quenching, and hot pressing without annealing, and a thermoelectric material manufactured by the method.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전 재료의 조성은 Pb0 .98- dNa0 .02+ dTe (-0.001<d<0.001)이다. 일 실시예로서 상기 열전 재료는 3㎛ 내지 4㎛ 크기의 결정립을 포함할 수 있고, 결정립 내에 2nm 내지 4nm 크기의 석출물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 열전 재료에서 Na은 도펀트 역할을 하는데, 상기 도펀트는 Na외에도 k, Ag이 사용될 수 있다. Na의 변화 폭이 제시한 것과 같이 0.02±0.001의 범위 내에서 첨가하면, 열전 성능지수의 변화가 보다 적고 안정된다는 것을 실험을 통해 결론지었다. 본 발명자가 실험한 3가지 방법을 각각 설명하면 다음과 같다.
The composition of the thermoelectric material according to one embodiment of the present invention is Pb 0 .98 - d Na 0 .02 + d Te (-0.001 <d <0.001). In one embodiment, the thermoelectric material may include crystal grains having a size of 3 to 4 占 퐉 and precipitates having a size of 2 nm to 4 nm in the crystal grains. According to one embodiment, in the thermoelectric material, Na serves as a dopant, and in addition to Na, k and Ag may be used as the dopant. Experiments have shown that the addition of Na in the range of 0.02 ± 0.001, as shown in Table 1, results in less change in the thermoelectric performance index and stability. Each of the three methods tested by the present inventors will be described as follows.

<샘플의 합성과정><Sample preparation process>

실시예 1. 용융, 급냉 및 핫 프레스(QH)Example 1. Melting, quenching and hot pressing (QH)

용융 및 급냉에 이어 핫 프레스하는 방법에 의해 샘플들을 제작하였다. 시작 재료로서 원소 납(Pb, 3N, Alfa Aesar), 원소 텔루륨(Te, 4N, Alfa Aesar) 및 원소 나트륨(Na, 99.95%, Alfa Aesar)를 이용하였다. 이들 원소는 화학양론적 비율(stoichiometric proportion)로 그 중량을 조절하였고, Pb, Te, Na의 질량은 각각 9.8120g, 6.1658g 및 0.0222g 이었다. 모든 입자들의 총 질량은 16 g 이었다. 모든 원료 입자들을 Ar-충전 글로브 박스 하에서 탄소-코팅 수정 튜브 내로 혼합하였다. 그 튜브를 약 10-4 torr로 소개한 후(evacuated) 밀봉하였다. 이 튜브를 1023~1123K에서 약 1.5~2.5 시간 동안 소킹(soak)한 후, 용융을 위해 5.5~6.5 시간 동안 1223~1323K로 가열한 다음에, 저온수 내로 급냉하였다. 그 결과 얻어진 주괴(ingot)를 파우더 형태로 분쇄한 다음에 90~110 MPa 하에서 0.8~1.2 시간 동안 핫 프레싱하였다.Samples were prepared by hot pressing followed by melting and quenching. Elemental lead (Pb, 3N, Alfa Aesar), elemental tellurium (Te, 4N, Alfa Aesar) and elemental sodium (Na, 99.95%, Alfa Aesar) were used as starting materials. The weight of these elements was adjusted to stoichiometric proportions, and the masses of Pb, Te and Na were 9.8120 g, 6.1658 g and 0.0222 g, respectively. The total mass of all particles was 16 g. All raw particles were mixed into a carbon-coated quartz tube under an Ar-filled glove box. The tube was evacuated at about 10 -4 torr and sealed. The tube was soaked at 1023-1123 K for about 1.5-2.5 hours and then heated to 1223-1323 K for 5.5-6.5 hours for melting and then quenched in cold water. The resulting ingot was pulverized into a powder form and then hot-pressed at 90-110 MPa for 0.8-1.2 hours.

일 실시예로서, 상기 소킹은 끓는점이 낮은 Na의 안정적인 반응을 위해 용융 과정 이전에 시행함으로써, Na이 다른 원소들과 반응하게 한 후, 용융 과정 중 반응에 참여할 수 있도록 할 수 있다.
In one embodiment, the soaking may be performed prior to the melting process for stable reaction of Na with low boiling point, so that Na may react with other elements and then participate in the reaction during the melting process.

실시예 2. 용융, 어닐링 및 핫 프레스(AH)Example 2. Melting, Annealing and Hot Pressing (AH)

용융 및 어닐링에 이어 핫 프레스하는 방법에 의해 샘플들을 제작하였다. 시작 재료로서 원소 납(Pb, 3N, Alfa Aesar), 원소 텔루륨(Te, 4N, Alfa Aesar) 및 원소 나트륨(Na, 99.95%, Alfa Aesar)를 이용하였다. 이들 원소는 화학양론적 비율로 그 중량을 조절하였고, Pb, Te, Na의 질량은 각각 9.8120g, 6.1658g 및 0.0222g 이었다. 모든 입자들의 총 질량은 16 g 이었다. 모든 원료 입자들을 Ar-충전 글로브 박스 하에서 탄소-코팅 수정 튜브 내로 혼합하였다. 그 튜브를 약 10-4 torr로 소개한 후 밀봉하였다. 이 튜브를 1023~1123K에서 약 1.5~2.5 시간 동안 소킹한 후, 용융을 위해 5.5~6.5 시간 동안 1223~1323K로 가열한 다음에, 46~50 시간 동안 923~1123K로 서서히 냉각하였다. 그 결과 얻어진 주괴를 파우더 형태로 분쇄한 다음에 90~110 MPa 하에서 0.8~1.2 시간 동안 핫 프레싱하였다.
Samples were prepared by melting and annealing followed by hot pressing. Elemental lead (Pb, 3N, Alfa Aesar), elemental tellurium (Te, 4N, Alfa Aesar) and elemental sodium (Na, 99.95%, Alfa Aesar) were used as starting materials. The weight of these elements was adjusted at a stoichiometric ratio, and the masses of Pb, Te and Na were 9.8120 g, 6.1658 g and 0.0222 g, respectively. The total mass of all particles was 16 g. All raw particles were mixed into a carbon-coated quartz tube under an Ar-filled glove box. The tube was introduced at about 10 -4 torr and sealed. The tube was soaked at 1023 to 1123 K for about 1.5 to 2.5 hours, then heated to 1223 to 1323 K for 5.5 to 6.5 hours for melting, then slowly cooled to 923 to 1123 K for 46 to 50 hours. The resultant ingot was pulverized into a powder form and hot-pressed at 90-110 MPa for 0.8-1.2 hours.

실시예 3. 용융, 급냉, 어닐링 및 핫 프레스(QAH)Example 3. Melting, quenching, annealing and hot pressing (QAH)

용융, 급냉 및 어닐링에 이어 핫 프레스하는 방법에 의해 샘플들을 제작하였다. 시작 재료로서 원소 납(Pb, 3N, Alfa Aesar), 원소 텔루륨(Te, 4N, Alfa Aesar) 및 원소 나트륨(Na, 99.95%, Alfa Aesar)를 이용하였다. 이들 원소는 화학양론적 비율로 그 중량을 조절하였고, Pb, Te, Na의 질량은 각각 9.8120g, 6.1658g 및 0.0222g 이었다. 모든 입자들의 총 질량은 16 g 이었다. 모든 원료 입자들을 Ar-충전 글로브 박스 하에서 탄소-코팅 수정 튜브 내로 혼합하였다. 그 튜브를 약 10-4 torr로 소개한 후 밀봉하였다. 이 튜브를 1023~1123K에서 약 1.5~2.5 시간 동안 소킹한 후, 용융을 위해 5.5~6.5 시간 동안 1223~1323K로 가열한 다음에, 저온수 내로 급냉하였다. 이어서, 46~50 시간 동안 923~1123K에서 어닐링하였다. 그 결과 얻어진 주괴를 파우더 형태로 분쇄한 다음에 90~110 MPa 하에서 0.8~1.2 시간 동안 핫 프레싱하였다.Samples were prepared by melting, quenching and annealing followed by hot pressing. Elemental lead (Pb, 3N, Alfa Aesar), elemental tellurium (Te, 4N, Alfa Aesar) and elemental sodium (Na, 99.95%, Alfa Aesar) were used as starting materials. The weight of these elements was adjusted at a stoichiometric ratio, and the masses of Pb, Te and Na were 9.8120 g, 6.1658 g and 0.0222 g, respectively. The total mass of all particles was 16 g. All raw particles were mixed into a carbon-coated quartz tube under an Ar-filled glove box. The tube was introduced at about 10 -4 torr and sealed. The tube was soaked at 1023 to 1123 K for about 1.5 to 2.5 hours, then heated to 1223 to 1323 K for 5.5 to 6.5 hours for melting, and then quenched in cold water. Subsequently, annealing was performed at 923 to 1123 K for 46 to 50 hours. The resultant ingot was pulverized into a powder form and hot-pressed at 90-110 MPa for 0.8-1.2 hours.

상기 3가지 합성 방법에서, 핫 프레싱 후 각 샘플의 전체 질량은 약 4.5~5.5g 이었다. 핫 프레싱 후 샘플의 길이는 약 0.95~1.05 cm 이었고, 폭은 약 0.95~1.05 cm 이었으며, 두께는 약 6~8 mm이었다.
In the above three synthesis methods, the total mass of each sample after hot pressing was about 4.5-5.5 g. After hot-pressing, the length of the sample was about 0.95 to 1.05 cm, the width was about 0.95 to 1.05 cm, and the thickness was about 6 to 8 mm.

본 발명자는 상기 3가지의 다른 방식으로 Na-도핑된 PbTe 합금을 합성하여 그 특성을 측정/비교하였다.We have synthesized Na-doped PbTe alloys in the three different ways and measured / compared their properties.

실시예 1은 용융, 급냉 및 핫 프레스(QH)에 의한 방법이고, 실시예 2는 용융, 어닐링 및 핫 프레스(AH)에 의한 방법이며, 실시예 3은 용융, 급냉, 어닐링 및 핫 프레스(QAH)에 의한 방법이다. 실시예 1은 실시예 2 및 실시예 3와 비교하여, 어닐링 공정을 거치지 않기 때문에, 공정시간, 비용을 줄일 수 있는 이점이 있으며, 기타 다른 이점도 나타낸다는 것을 확인하였다.Example 2 is a method by melting, quenching and hot pressing (QH), Example 2 is a method by melting, annealing and hot pressing (AH), Example 3 is a method by melting, quenching, annealing and hot pressing ). It is confirmed that Embodiment 1 is advantageous in that the process time and cost can be reduced because the annealing process is not performed as compared with Embodiments 2 and 3, and other advantages are also shown.

도 1 및 도 2는 상기 각 실시예에 따른 열전재료의 결정립 크기를 나타내는 SEM 이미지이다. 도 1 및 도 2을 참조하면, 실시예 1(도 1A, 도 2A)의 결정립의 크기가 실시예 2(도 1B, 도 2B)와 실시예 3(도 1C, 도 2C)의 결정립의 크기보다 작은 것을 알 수 있다. 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 각 평균 결정립 크기는 3.7um, 100um, 8um 이었다. 작은 결정립 크기는 포논의 효과적인 산란에 기여하며 작은 격자 열전도도를 생성한다. 도 1 및 도 2는 JSM-6701F SEM에 의해 얻었다1 and 2 are SEM images showing the grain sizes of the thermoelectric materials according to the respective embodiments. 1 and 2, the size of the crystal grains of Example 1 (FIGS. 1A and 2A) is larger than the size of the crystal grains of Example 2 (FIGS. 1B and 2B) and Example 3 (FIGS. 1C and 2C) Small things can be seen. The average grain size of each of Example 1, Example 2, and Example 3 was 3.7 袖 m, 100 袖 m and 8 袖 m. The small grain size contributes to the effective scattering of phonons and produces a small lattice thermal conductivity. Figures 1 and 2 were obtained by JSM-6701F SEM

도 3은 상기 실시예 1 내지 3의 실온에서의 XRD 패턴을 보여주는 도면으로, 각 실시예의 결정 구조는 Rigaku 분말 x-선 회절계를 이용하여 실온에서 Cu Ka복사에 의해 분말 x-선 회절(XRD)로 측정하였다. 도 3을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따른 Pb-Te계 열전 재료는 Pb,Te을 포함함을 알 수 있다. FIG. 3 is a graph showing XRD patterns at room temperature of Examples 1 to 3, wherein the crystal structure of each example was determined by powder X-ray diffraction (XRD) by Cu Ka radiation at room temperature using a Rigaku powder x- ). Referring to FIG. 3, it can be seen that the Pb-Te based thermoelectric materials according to Examples 1 to 3 include Pb and Te.

도 4는 상기 각 실시예의 경도 특성을 나타내는 것으로, 이는 ZHV u-S 비커스 경도 시험기에 의한 경도에 의해 측정하였다. 도 4를 참조하면, 실시예 1의 경도값이 실시예 2 및 실시예 3에 비해 더 큰 값을 가짐을 알 수 있다.Fig. 4 shows the hardness characteristics of each of the above Examples, which was measured by the hardness by a ZHV u-S Vickers hardness tester. Referring to FIG. 4, it can be seen that the hardness value of Example 1 is larger than that of Examples 2 and 3.

도 5 내지 도 9은 상기 각 실시예의 열전도율 및 격자 열전도율의 온도 의존성(도 5), 파워 팩터의 온도 의존성(도 6), 전기 저항의 온도 의존성(도 7), Seebeck 계수의 온도 의존성(도 8), 성능 지수(ZT)의 온도 의존성(도 9)을 비교하기 위한 그래프이다. 전기 저항 및 Seebeck 계수는 헬륨 분위기에서 ULVAC ZEM-3 장비를 이용하여 동시에 측정하였다. 도 5 내지 도 8에 나타난 결과로 성능 지수 값을 산출한 결과, 도 9를 참조하면, 특히 중온 영역(700K 내지 800K)에서 실시예 1이 다른 실시예 2, 3에 비해 높은 성능 지수를 가짐을 알 수 있다.5 to 9 show the temperature dependence of the thermal conductivity and the lattice thermal conductivity (FIG. 5), the temperature dependence of the power factor (FIG. 6), the temperature dependency of the electrical resistance (FIG. 7), and the temperature dependence of the Seebeck coefficient ) And the temperature dependence of the figure of merit (ZT) (Fig. 9). Electrical resistivity and Seebeck coefficients were measured simultaneously using a ULVAC ZEM-3 instrument in a helium atmosphere. As a result of calculating the figure of merit from the results shown in FIGS. 5 to 8, referring to FIG. 9, it can be seen that Example 1 has a higher figure of merit than the other Examples 2 and 3 in the middle temperature region (700K to 800K) Able to know.

도 10은 반복된 실시예 1의 평균 성능지수, 보고된 Na 도핑 PbTe(Nature 473(2011)66)의 가장 높은 성능 지수 및 보고된 벌크 열전 재료(Nature 489(2012)414)의 가장 높은 성능 지수를 비교하여 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 중온 영역(700K 내지 800K)에서 다른 보고된 자료보다 높은 성능 지수를 가짐을 알 수 있다.Figure 10 shows the highest performance index of the reported Na-doped PbTe (Nature 473 (2011) 66) and the highest performance index of the reported bulk thermoelectric material (Nature 489 (2012) 414) FIG. Referring to FIG. 10, it can be seen that the performance index is higher in the medium temperature region (700K to 800K) than other reported data.

도 11 내지 도 12는 상기 각 실시예에 따른 열전 재료의 나트륨 석출 크기를 비교하기 위한 TEM 이미지이다. 도 11 내지 도 12를 참조하면, 실시예 1(도 11A, 도12A)의 나트륨 석출 크기가 실시예 2(도 11B, 도12B), 실시예 3(도 11C, 도 12C) 보다 작다는 것을 알 수 있다.11 to 12 are TEM images for comparing the sodium precipitation size of the thermoelectric material according to each of the above embodiments. 11 to 12, it can be seen that the sodium precipitation size of Example 1 (Figs. 11A and 12A) is smaller than that of Example 2 (Figs. 11B and 12B) and Example 3 (Figs. 11C and 12C) .

도 13은 각 실시예에 따라 석출된 나트륨의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 13을 참조하면, 실시예 1(도 13A)에 의한 나트륨 석출 크기가 2nm 내지 4nm로 가장 작은 석출상 크기를 가졌다. 석출상 크기는 열전도도와 관련이 있으며, 석출상 크기가 작을수록 열전도도가 감소하여 높은 열전성능지수를 얻을 수 있다. 따라서, 작은 석출상 크기를 갖는 실시예 1이 실시예 2, 실시예 3보다 높은 열전성능지수를 가질 수 있다.13 is a graph showing the size of sodium precipitated according to each example. Referring to FIG. 13, the sodium precipitation size according to Example 1 (FIG. 13A) had the smallest precipitate size from 2 nm to 4 nm. The precipitation phase size is related to the thermal conductivity. The smaller the size of the precipitation phase, the lower the thermal conductivity and the higher the thermoelectric performance index can be obtained. Therefore, Example 1 having a small precipitation phase size can have a higher thermoelectric performance index than Examples 2 and 3.

따라서 상기 실시예 1 내지 3 중에 본 발명의 일 실시예인 실시예 1에 의해 가장 큰 성능 지수가 얻어졌다. 실시예 1의 평균 성능 지수는 773K에서 약 2.0 이상이었는데, 이 값은 지금까지 보고된 성능 지수 ZT=1.4 (Na-도핑된 PbTe 합금)과 비교하여, 약 46% 정도 증가된 값이다. 이는 또한 본 발명의 제한된 측정 온도 범위에서, 벌크 열전 재료에서 가장 크다고 보고된 성능지수보다도 더 높은 값이다.  Therefore, in the first to third embodiments, the greatest figure of merit is obtained according to the first embodiment of the present invention. The average figure of merit of Example 1 was about 2.0 or more at 773K, which is about 46% higher than the performance index ZT = 1.4 (Na-doped PbTe alloy) reported so far. Which is also a higher value than the performance index reported in the bulk thermoelectric materials in the limited measurement temperature range of the present invention.

상기와 같은 더 높은 성능 지수는 주로, 나노입자들이 다양한 크기로 기지 내에 분포하므로 인해 다양한 스펙트럼의 포논을 산란시켜 더 낮은 열전도율을 얻는 것에 기인한 것으로 보인다. 보충하여 설명하면, 고체 내에서 열전도는 포논에 의해 매개된다. 포논은 고체의 격자 진동을 양자화한 것이다. 그런데, 이러한 포논의 운동은 고체의 미세구조에 따라 변화한다. 결정립의 크기가 작거나 결정립 내부에 다른 조성을 갖는 나노 크기의 석출물이 있다면, 포논의 운동은 방해를 받아, 결국 열전도율이 감소한다. 본 발명에 따르면, 종래와 달리, 용융, 급냉 및 핫 프레스 과정에 따라 열전 재료를 제조한다. 이러한 제조 프로세스에 의해, 최종 생성되는 열전 재료에는 다양한 크기의 결정립과 그 결정립 내부에 나노입자들이 분포된 것을 확인하였으며, 이로 인해 열전도율이 감소하여 성능 지수가 개선된 것으로 보인다. 예컨대, 100~10 nm의 작은 결정립, 수 십 마이크론 크기의 큰 결정립 등이 존재하였으며, 그 결정립 내부에는 수 nm 단위의 나노입자가 분포한다. 이러한 더 높은 성능 지수의 안정성은 여러 번 반복하여 입증되었다. QH 방법에 의한 실시예 1의 비커스 경도 값 역시 3가지 방법 중 가장 큰 값을 나타내었다. 따라서, 본 발명인 QH 방법은 더 큰 성능 지수 및 양호한 기계적 성질을 갖는 Na-도핑된 PbTe 합금을 합성하는 최적의 방법이라는 결론을 도출하였다.
Such a higher figure of merit appears to be due primarily to the scattering of phonons of various spectra due to the distribution of nanoparticles within the matrix at various sizes, resulting in lower thermal conductivity. In addition, heat conduction in solids is mediated by phonons. Phonons are quantized lattice vibrations of solids. However, the movement of such phonons changes according to the microstructure of the solid. If there is a nano-sized precipitate with a small grain size or other composition within the grain, the motion of the phonon is disturbed and consequently the thermal conductivity is reduced. According to the present invention, a thermoelectric material is produced by melting, quenching, and hot pressing processes unlike the prior art. By this manufacturing process, it was confirmed that the finally formed thermoelectric material has various sizes of crystal grains and the distribution of nanoparticles in the crystal grains, which shows that the thermal conductivity is decreased and the figure of merit is improved. For example, there are small crystal grains of 100 to 10 nm, large crystal grains of several tens of microns, and nanometer-sized nanoparticles are distributed in the crystal grains. The stability of this higher figure of merit has been proven several times over. The Vickers hardness value of Example 1 by the QH method was also the largest among the three methods. Thus, the inventive QH method has concluded that it is the optimal method for synthesizing Na-doped PbTe alloys with greater performance index and good mechanical properties.

본 발명의 특징은 QH 방법이라고 하는 새로운 합성 기술과 2.0 이상의 성능 지수를 갖는 Pb0 .98Na0 .02Te 합금이 얻어진다는 것이다. QH 합성 방법의 주요 이점은 간단한 합성 프로세스, 합성 시간의 단축, 대량 생산의 이점이다.
A feature of the present invention is that a new synthesis technique called the QH method and a Pb 0 .98 Na 0 .02 Te alloy with a figure of merit of 2.0 or higher are obtained. The main advantages of the QH synthesis method are the advantages of a simple synthesis process, shortening the synthesis time, and mass production.

다른 연구자들에 의해 Na-도핑된 PbTe 합금이 연구되어 왔지만, 본 발명과 같은 높은 성능 지수 및/또는 상기와 같은 조직은 보고되지 않았으며, 본 발명이 제안하는, 열전 재료에서 용융, 급냉 및 핫 프레스의 합성 기술은 사용된 적이 없는 새로운 방법이다.
Although Na-doped PbTe alloys have been studied by other researchers, high performance indices such as the present invention and / or such a structure have not been reported, and the thermoelectric materials proposed by the present invention for melting, The synthesis technique of presses is a new method that has never been used.

이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다. 즉, 이하의 특허청구범위에 한정된 범위 내에서 상기 실시예를 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들 역시 본 발명의 범위 내에 속한다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. That is, the embodiment can be variously modified and modified within the scope of the following claims, and these are also within the scope of the present invention. Accordingly, the invention is limited only by the claims and the equivalents thereof.

Claims (19)

Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 용융, 상기 급냉 및 상기 핫 프레싱은 연속적으로 수행되는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
Wherein the melting, quenching, and hot pressing are continuously performed.
제1 항에 있어서,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나인 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K), and silver (Ag).
Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나이며,
상기 혼합물을 형성하는 단계는,
상기 도펀트의 조성비가 2원자%가 되도록 원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하는 단계를 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
The dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K) and silver (Ag)
Wherein forming the mixture comprises:
And a step of mixing element lead, element tellurium and a dopant so that the composition ratio of the dopant is 2 atomic%.
제3 항에 있어서,
상기 2원자%의 도펀트 중 0.5원자%는 도핑되고, 1.5원자%는 Pb-Te계 열전 재료의 결정립 안에 석출되는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 3,
Wherein 0.5 at% of the 2 at% dopant is doped and 1.5 at% is precipitated in the crystal grains of the Pb-Te based thermoelectric material.
제4 항에 있어서,
상기 도펀트의 1.5원자%는 상기 Pb-Te계 열전 재료의 결정립 안에 2nm 내지 4nm의 크기로 석출되는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein 1.5 at% of the dopant is precipitated in a grain size of 2 nm to 4 nm in the grain of the Pb-Te-based thermoelectric material.
삭제delete Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나이며,
상기 혼합물을 상기 용융 전에 소킹(soaking)처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
The dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K) and silver (Ag)
Further comprising the step of subjecting the mixture to a soaking treatment before the melting.
Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나이며,
상기 열전 소결체는 700K 내지 800K의 중온영역에서 적어도 2.0 이상의 열전성능지수를 갖는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
The dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K) and silver (Ag)
Wherein the thermoelectric sintered body has a thermoelectric performance index of at least 2.0 in a middle temperature region of 700K to 800K.
제2 항에 있어서,
상기 열전 소결체를 얻는 단계는,
상기 성형체를 파우더 형태로 분쇄하여 핫 프레싱 하는 단계를 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
3. The method of claim 2,
The step of obtaining the thermo-
And pulverizing the shaped body into a powder form and hot-pressing the Pb-Te based thermoelectric material.
Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나이며,
상기 도펀트는 나트륨을 포함하고,
상기 열전 소결체를 얻는 단계는,
상기 나트륨이 석출되는 단계를 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
The dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K) and silver (Ag)
Wherein the dopant comprises sodium,
The step of obtaining the thermo-
Wherein the sodium is precipitated.
제10 항에 있어서,
상기 나트륨이 석출되는 단계에서,
상기 나트륨이 NaTe, Na2Te 중 적어도 하나로 석출되는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
11. The method of claim 10,
In the step in which the sodium is precipitated,
Pb-Te based thermoelectric material production method is the precipitation of the sodium being at least one NaTe, Na 2 Te.
제11 항에 있어서,
상기 NaTe, Na2Te는 2nm 내지 4nm의 크기로 석출되는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The NaTe, Na 2 Te is 2nm to method Pb-Te based thermoelectric material which precipitated to a size of 4nm.
Pb-Te계 열전 재료 제조 방법으로서,
원소 납, 원소 텔루륨 및 도펀트(dopant)를 혼합하여 Pb-Te계 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물을 용융한 뒤에 급냉시키는 단계; 및
상기 급냉 후 얻어진 성형체를 핫 프레싱 하여 열전 소결체를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중의 적어도 하나이며,
상기 열전 소결체는 평균 3㎛ 내지 4㎛ 크기의 복수의 결정립을 포함하는 Pb-Te계 열전 재료 제조 방법.
A method for manufacturing a Pb-Te thermoelectric material,
Elemental lead, elemental tellurium and a dopant to form a Pb-Te-based mixture;
Quenching the mixture after melting; And
Hot-pressing the formed body after quenching to obtain a thermosetting body,
The dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K) and silver (Ag)
Wherein the thermoelectric sintered body includes a plurality of crystal grains having an average size of 3 mu m to 4 mu m.
도펀트 X가 도핑된 Pb-X-Te으로 구성된 Pb-Te계 열전 재료로서,
복수의 결정립; 및
상기 복수의 결정립 내에 상기 도펀트가 포함된 2nm 내지 4nm 크기의 석출물을 포함하는 Pb-Te계 열전 재료.
A Pb-Te-based thermoelectric material composed of Pb-X-Te doped with a dopant X,
A plurality of crystal grains; And
And a precipitate having a size of 2 nm to 4 nm and containing the dopant in the plurality of crystal grains.
제14 항에 있어서,
상기 도펀트는 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 중 적어도 하나인 Pb-Te계 열전 재료.
15. The method of claim 14,
Wherein the dopant is at least one of sodium (Na), potassium (K), and silver (Ag).
제15 항에 있어서,
상기 복수의 결정립의 크기는 평균 3㎛ 내지 4㎛인 Pb-Te계 열전 재료.
16. The method of claim 15,
Wherein the plurality of crystal grains have an average size of 3 탆 to 4 탆.
제14 항에 있어서,
상기 Pb-Te계 열전 재료는 Pb0 .98- dX0 .02+dTe(-0.001<d<0.001)의 조성을 갖는 Pb-Te계 열전 재료.
15. The method of claim 14,
The Pb-Te-based thermoelectric material has a composition of Pb 0 .98- d X 0 .02 + d Te (-0.001 <d <0.001).
제14 항에 있어서,
상기 도펀트는 나트륨이고,
상기 나트륨이 포함된 석출물의 석출상은 NaTe, Na2Te 중 적어도 하나인 Pb-Te계 열전 재료.
15. The method of claim 14,
Wherein the dopant is sodium,
Precipitated phase NaTe, Na 2 Te, at least one of Pb-Te based thermoelectric material of the of the sodium containing the precipitate.
제14 항 내지 제18 항 중 어느 한 항의 Pb-Te계 열전 재료를 포함하는 열전 발전기.

A thermoelectric generator comprising the Pb-Te thermoelectric material according to any one of claims 14 to 18.

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