KR101792206B1 - Freestanding flexible thermoelectric composite structure, thermoelectric device including the same, and method for preparing the freestanding flexible thermoelectric composite structure - Google Patents
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Abstract
유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 막, 및 상기 고분자 막의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질이 코팅된 박막;을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체는 열전 특성을 개선시킬 수 있으며, 상기 열전 복합 구조체를 포함하는 열전 소자는 다양한 구조를 갖는 장치에 장착할 수 있다.A polymer film having a glass transition temperature (Tg) of 50 ° C or higher, and a thin film coated on one side of the polymer film with a material having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or higher, can improve thermoelectric properties , The thermoelectric element including the thermoelectric composite structure can be mounted on a device having various structures.
Description
플렉시블 열전 복합 구조체, 이를 포함하는 열전소자, 및 상기 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible thermoelectric composite structure, a thermoelectric device including the same, and a method of manufacturing the flexible thermoelectric composite structure.
열전 분야에서, 고효율 열전재료에 대한 연구는 매우 중요하다. 열전재료의 특성은 이른바 무차원 성능지수(figure of merit, ZT) 값으로 표현한다:In the thermoelectric field, research on high-efficiency thermoelectric materials is very important. The properties of the thermoelectric material are expressed in terms of the so-called dimensionless merit (ZT) value:
[수학식 1] [Equation 1]
상기 식에서, S는 제벡계수, σ는 전기 전도도, k는 열전도도, 및 T는 절대 온도를 나타낸다. Where S is the Seebeck coefficient, sigma is the electrical conductivity, k is the thermal conductivity, and T is the absolute temperature.
높은 성능지수를 얻기 위해서는 제벡계수와 전기 전도도는 크고, 열전도도는 작은 값을 가져야 한다. 열전도도는 재료의 전기 전도도와 관련이 있다. 열전도도는 비데만 프란쯔 법칙(Wiedemann-Franz law)에 의한 전자 전달에 의한 열전도도, 및 재료의 격자를 통해 포논에 의한 열전도도와 관련이 있다.In order to obtain a high performance index, the Seebeck coefficient and electrical conductivity should be large, and the thermal conductivity should be small. Thermal conductivity is related to the electrical conductivity of the material. The thermal conductivity is related to the thermal conductivity by the electron transfer by the Biedemann-Franz law and the thermal conductivity by the phonon through the material lattice.
이에 따라, 재료의 선택 및 상기 재료의 구조를 조절하기 위해 다양한 연구가 이루어져 왔다.Accordingly, various studies have been made to control the selection of materials and the structure of the materials.
일반적으로 열전 소자에 이용되는 열전재료는 무기물이다. 그러나 상기 무기물을 이용한 열전재료를 포함하는 열전 소자는 밀도가 높고 무게가 무거우며 플렉서블하지 않아 다양한 장치에 대한 응용성이 매우 낮다.Generally, the thermoelectric material used in a thermoelectric device is an inorganic material. However, the thermoelectric element including the thermoelectric material using the inorganic material has a high density, a heavy weight, and is not flexible, so that the applicability to various devices is very low.
이에 따라 다양한 구조를 갖는 장치에 장착 가능하면서 열전 특성이 개선된 신규한 구조를 갖는 열전재료에 대한 요구가 여전히 있다.Accordingly, there is still a need for a thermoelectric material having a novel structure which can be mounted on an apparatus having various structures and thermoelectric properties are improved.
일 측면은 열전 특성이 개선된 플렉시블 열전 복합 구조체를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a flexible thermoelectric composite structure having improved thermoelectric properties.
다른 측면은 다양한 구조를 갖는 장치에 장착 가능한 상기 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a thermoelectric device including the thermoelectric composite structure mountable on an apparatus having various structures.
또다른 측면은 상기 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect provides a method of manufacturing the flexible thermoelectric composite structure.
일 측면에 따르면, According to one aspect,
유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 막; 및A polymer membrane having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher; And
상기 고분자 막의 일면에 코팅된 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질이 코팅된 박막;을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체가 제공된다.And a thin film coated on one side of the polymer membrane and coated with a material having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or more.
다른 측면에 따르면, According to another aspect,
상술한 플렉시블 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자가 제공된다.There is provided a thermoelectric element including the above-described flexible thermoelectric composite structure.
다른 측면에 따르면,According to another aspect,
기재의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질 박막을 코팅하는 단계;Coating a thin film of a material having a Seebeck coefficient of 1 1 / K or more on one side of the substrate;
상기 물질 박막의 상면에 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포하는 단계; Applying a polymer precursor solution for forming a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher on the upper surface of the thin film;
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 경화시켜 상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성하는 단계; 및Forming a polymer film on the upper surface of the material thin film by curing the polymer precursor polymer precursor solution; And
상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하여 전술한 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체를 제조하는 단계;를 포함하는 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법이 제공된다.And separating the polymer film formed on the upper surface of the material thin film from the substrate to produce the flexible thermoelectric composite material structure.
일 측면에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체는 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 막, 및 상기 고분자 막의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질이 코팅된 박막을 포함하여, 전기 전도도를 확보하고 열 전도도를 감소시켜 열전 특성이 개선될 수 있다. 상기 플렉시블 열전 복합 구조체는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체로서 이를 포함하는 열전 소자는 다양한 구조를 갖는 장치에 장착이 가능하다.The flexible thermoelectric hybrid structure according to one aspect includes a polymer membrane having a glass transition temperature (Tg) of 50 ° C or higher and a thin film coated with a substance having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or more on one side of the polymer membrane, And the thermal conductivity can be reduced to improve the thermoelectric properties. The flexible thermoelectric composite structure may be a stand-alone flexible thermoelectric hybrid structure, and the thermoelectric device including the same may be mounted on a device having various structures.
도 1은 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자에 있어서 캐리어 거동을 나타내는 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체를 나타낸 개략도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 단면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰한 이미지이다.
도 6은 각각 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 전기 전도도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 각각 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 제백 계수(Seeback coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 각각 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 파워 팩터(power factor)를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing carrier behavior in a thermoelectric device including a flexible thermoelectric hybrid structure according to an embodiment.
2 is a schematic view showing a flexible thermoelectric hybrid structure according to one embodiment.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible thermoelectric hybrid structure according to an embodiment of the present invention.
Figs. 4 and 5 are images obtained by scanning electron microscopy (SEM) of the cross section of the thermoelectric composite structure manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
6 is a graph showing the electrical conductivities of the thermoelectric composite structures manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
7 is a graph showing the seeback coefficient of the thermoelectric composite structure manufactured by Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
FIG. 8 is a graph showing power factors of the thermoelectric composite structures manufactured according to Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
이하에 첨부된 도면을 참조하면서, 예시적인 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체, 이를 포함하는 열전소자, 및 상기 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 중복설명을 생략한다. Hereinafter, a flexible thermoelectric composite structure, a thermoelectric element including the same, and a method of manufacturing the flexible thermoelectric composite structure according to an exemplary embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following is presented as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체는 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 막, 및 상기 고분자 막의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질이 코팅된 박막;을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 막은 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이상일 수 있다. 상기 물질은 상기 코팅된 박막과 상기 고분자 막이 접하는 부분으로부터 멀어지는 방향으로 편재되어 있을 수 있다. The flexible thermoelectric composite structure according to one embodiment may include a polymer membrane having a glass transition temperature (Tg) of 50 ° C or higher and a thin film coated with a material having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or higher on one surface of the polymer membrane. Preferably, the polymer film may have a glass transition temperature (Tg) of 200 DEG C or higher. The material may be localized in a direction away from a portion where the coated thin film and the polymer membrane are in contact with each other.
상기 플렉시블 열전 복합 구조체는 열전 특성이 개선될 수 있으며, 무게 또한 경량화될 수 있다.The thermoelectric properties of the flexible thermoelectric composite structure can be improved, and the weight can be reduced.
상기 박막은 n형 또는 p형일 수 있다.The thin film may be n-type or p-type.
상기 물질은 유기물, 무기물, 또는 유무기 복합체로부터 선택된 것일 수 있다.The material may be selected from organic, inorganic, or organic complexes.
상기 유무기 복합체는 상기 유기물과 상기 무기물의 블렌드, 상기 유기물 표면 상에 상기 무기물이 코팅된 복합체, 또는 상기 무기물 표면 상에 상기 유기물이 코팅된 복합체 등을 포함할 수 있다.The organic / inorganic hybrid material may include a blend of the organic material and the inorganic material, a composite on which the inorganic material is coated on the surface of the organic material, or a composite on which the organic material is coated on the inorganic material surface.
도 1은 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자에 있어서 캐리어 거동을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing carrier behavior in a thermoelectric device including a flexible thermoelectric hybrid structure according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자는 상기 열전소자의 양 단에서 온도 구배가 발생하는 경우 전하를 나타내는 캐리어들의 이동에 의해 열전 특성을 나타낸다. 이 때 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체는 이에 포함된 전하를 나타내는 캐리어들의 종류를 n형 (자유전자) 또는 p형 (자유정공)으로 조절할 수 있다.Referring to FIG. 1, a thermoelectric device including a flexible thermoelectric hybrid structure according to an embodiment exhibits thermoelectric characteristics by movement of carriers indicating charge when a temperature gradient occurs at both ends of the thermoelectric device. At this time, the flexible thermoelectric hybrid structure according to one embodiment can control the type of carriers representing the charge contained therein to n-type (free electrons) or p-type (free holes).
일반적으로 고분자 막은 절연물질이기 때문에 캐리어 이동경로의 방해가 될 수 있다. 이로 인해 고분자 막/열전재료 박막으로 구성된 열전 복합 구조체를 포함하는 열전소자는 전기 전도도가 감소될 수 있고 열전 특성의 저하로 이어지게 된다.Generally, since the polymer film is an insulating material, it may interfere with the carrier movement path. As a result, the thermoelectric element including the thermoelectric composite structure composed of the polymer membrane / thermoelectric material thin film can be reduced in electric conductivity and deteriorated in thermoelectric properties.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래 고분자 막/열전재료 박막으로 구성된 열전 복합 구조체에서 열전 특성을 나타내는 열전재료의 함량을 증가시키는 방법을 이용하여 왔다. To solve this problem, a method of increasing the content of a thermoelectric material exhibiting thermoelectric properties has been used in a thermoelectric composite structure composed of a conventional polymer membrane / thermoelectric material thin film.
그러나 이렇게 할 경우 열전재료 중 무기물은 높은 밀도에 의해 고분자 막/무기 박막으로 구성된 열전 복합 구조체의 무게가 증가하게 되고 이로 인해 다양한 구조를 갖는 장치에 응용할 수 없게 된다. However, in this case, due to the high density of the inorganic materials in the thermoelectric material, the weight of the thermoelectric composite structure composed of the polymer membrane and the inorganic thin film is increased, making it impossible to be applied to devices having various structures.
또한 고분자 용액 중에서 열전재료가 분산성이 낮은 특성을 갖는 경우 상기 열전재료는 응집현상이 발생할 수 있다. 그 결과, 캐리어의 이동방해로 인한 전기 전도성이 저하되어 열전특성이 저하될 수 있다. 이로 인해, 열전재료로서 사용 가능한 물질에 대한 제한이 있다.Also, in the case where the thermoelectric material has a low dispersibility property in the polymer solution, the thermoelectric material may cause coagulation phenomenon. As a result, the electrical conductivity due to the obstruction of the movement of the carrier is lowered, and the thermoelectric property may be deteriorated. As a result, there are limitations on the materials that can be used as thermoelectric materials.
또한 고분자 기재 위에 열전재료를 직접적으로 도포하는 경우 기재 특성에 따라 열전재료를 분산시키기 위한 용매 선택에 제한이 있다. 환언하면, 기재와 친화성이 없는 용매에 열전재료가 분산되었을 경우 균일한 박막을 형성할 수 없으며 이에 따라 열전 특성이 저하될 수 있다.Further, when a thermoelectric material is directly applied onto a polymer substrate, there is a limitation in selecting a solvent for dispersing the thermoelectric material depending on the properties of the substrate. In other words, when a thermoelectric material is dispersed in a solvent having no affinity for a substrate, a uniform thin film can not be formed, and the thermoelectric properties may be deteriorated.
일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체는 상기 물질이 박막 표면에 편재되어 있어 상기 열전 복합 구조체의 전기 전도도를 확보할 수 있다. 또한 상기 열전 복합 구조체는 유리전이온도(Tg)가 바람직하게는 200℃ 이상인 고분자 막을 포함하여 200℃ 이상의 열이 발생하는 자동차와 같은 장치 등에 적용할 수 있다.The flexible thermoelectric composite structure according to an embodiment can secure electrical conductivity of the thermoelectric composite structure because the material is localized on the surface of the thin film. Also, the thermoelectric composite structure may include a polymer membrane having a glass transition temperature (Tg) of preferably 200 ° C or higher, and may be applied to an apparatus such as an automobile in which heat of 200 ° C or more is generated.
일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체는 열전재료 상단에 고분자 용액을 도포하여 구조를 제작하는 방식이기에, 플렉시블한 기판 위에 재료를 도포하는 방식에서 존재하는 열전재료에 대한 용매 사용에 제한이 없다. The flexible thermoelectric composite structure according to one embodiment is a method of fabricating a structure by applying a polymer solution to the top of a thermoelectric material. Therefore, there is no restriction on the use of a solvent for a thermoelectric material existing in a method of applying a material on a flexible substrate.
상기 유기물 또는 무기물은 1차원 나노물질일 수 있다. The organic material or the inorganic material may be a one-dimensional nanomaterial.
본 명세서에서, "1차원 나노물질"은 나노 수준의 직경 및 1 초과의 종횡비를 가져 인접하는 구성요소들과 점이 아닌 면으로 접촉하는 나노 크기의 물질을 나타낸다. 상기 1차원 나노물질의 직경은 1 nm 내지 100 nm이며, "단수" 및 "복수"의 나노물질을 모두 포함한다.As used herein, "one-dimensional nanomaterial" refers to a nano-sized material having nanoscale diameters and aspect ratios of greater than 1, which are in point contact with adjacent elements. The one-dimensional nanomaterial has a diameter of 1 nm to 100 nm, and includes both "single" and "plural" nanomaterials.
상기 1차원 나노물질은 캐리어가 이동하는 경로를 확보하여 증가된 계면으로 인해 전자 이동에 비해 상대적으로 짧은 파장으로 이동하는 포논의 이동을 제한할 수 있다. 이로 인해, 상기 무기물질을 포함하는 플렉시블 열전 복합 구조체는 열 전도도를 감소시키는 효과를 나타낼 수 있다.The one-dimensional nanomaterial can restrict the movement of the phonon moving to a relatively short wavelength as compared with the electron movement due to the increased interface by securing the path through which the carrier moves. Accordingly, the flexible thermoelectric composite structure including the inorganic material may exhibit an effect of reducing thermal conductivity.
상기 유기물은 단층벽 또는 다층벽 탄소나노튜브, 그래핀, 폴리아세틸렌계 고분자, 폴리피롤계 고분자, 폴리티오펜계 고분자, 폴리아닐린계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 및 폴리페닐렌옥사이드계 고분자로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 그래핀은 약 1nm 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 유기물은 상술한 고분자 이외에 약 1 (S/cm) 내지 10,000 (S/cm)의 전도성을 나타내는 고분자를 더 포함할 수 있다.The organic material is selected from a single layer wall or a multilayer wall carbon nanotube, a graphene, a polyacetylene polymer, a polypyrrole polymer, a polythiophene polymer, a polyaniline polymer, a polyphenylene sulfide polymer, and a polyphenylene oxide polymer It may be more than one kind. The graphene may have a thickness of about 1 nm to 10 nm. The organic material may further include a polymer exhibiting conductivity of about 1 (S / cm) to 10,000 (S / cm) in addition to the above-described polymer.
상기 무기물은 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 및 16족 원소로부터 선택된 1종 이상의 원소로 구성된 나노입자, 나노와이어, 나노벨트, 나노리본 및 이들의 조합 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The inorganic material may be at least one selected from a nanoparticle consisting of a transition metal, a rare earth element, at least one element selected from the group 13 elements, the group 14 elements, and the group 16 elements, a nanowire, a nanobelt, a nano ribbon, have.
상기 무기물은 예를 들어, 텔루륨 나노입자, 텔루륨 나노와이어, 텔루륨 나노벨트, 텔루륨 나노리본, 비스무스 나노입자, 비스무스 나노와이어, 비스무스 나노벨트, 비스무스 나노리본, 셀레늄 나노입자, 셀레늄 나노와이어, 셀레늄 나노벨트, 셀레늄 나노리본, 안티모니 나노입자, 안티모니 나노와이어, 안티모니 나노벨트, 안티모니 나노리본, 및 이들의 조합 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The inorganic material may be selected from the group consisting of, for example, tellurium nanoparticles, tellurium nanowires, tellurium nanobelts, tellurium nanoribbons, bismuth nanoparticles, bismuth nanowires, bismuth nanobelts, bismuth nanoribbons, selenium nanoparticles, selenium nanowires , A selenium nano belt, a selenium nano ribbon, an antimony nanoparticle, an antimony nanowire, an antimony nanobelt, an antimony nanoribbon, and a combination thereof.
본 명세서에서, "나노와이어"는 나노 수준의 직경을 갖는 선이며, 길이에 제한이 없고 종횡비가 약 100 이상을 나타낸다. 본 명세서에서, "나노벨트"는 나노 수준의 두께 및 폭을 갖는 벨트를 나타낸다. 본 명세서에서, "나노리본"은 나노 수준의 폭을 갖는 리본이며, 종횡비가 약 10 이상인 것을 의미한다.As used herein, the term "nanowire" refers to a line having a diameter of nano-level, and is not limited in length and exhibits an aspect ratio of about 100 or more. As used herein, "nanobelts" refers to belts having nano-level thicknesses and widths. As used herein, "nanoribbons" are ribbons having a nano-level width, which means that the aspect ratio is about 10 or more.
상기 무기물은, 예를 들어, 텔루륨 나노입자, 비스무스 나노입자, 또는 Bi2Te3 나노입자를 포함할 수 있다. The inorganic material may include, for example, tellurium nanoparticles, bismuth nanoparticles, or Bi 2 Te 3 nanoparticles.
상기 물질의 함량은 열전 복합 구조체 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 내지 90 중량부일 수 있고, 예를 들어 0.01 내지 70 중량부일 수 있고, 예를 들어 1 내지 50 중량부일 수 있고, 예를 들어 1 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서도 상기 물질을 포함하는 열전 복합 구조체는 충분한 전기 전도도의 확보가 가능하다.The content of the material may be 0.01 to 90 parts by weight, for example, 0.01 to 70 parts by weight, for example, 1 to 50 parts by weight, and may be, for example, 1 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermo- Weight portion. Even within this content range, it is possible to secure a sufficient electric conductivity of the thermoelectric composite structure including the above material.
상기 고분자 막은 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리스티렌, 및 우레탄계 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함할 수 있다. The polymer film may include at least one polymer selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, polyacrylate, polymethacrylate, polymethyl methacrylate, polyvinylidene, polyvinylidene fluoride, polystyrene, and urethane- have.
상기 고분자 막은, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한 고분자를 포함할 수 있다:The polymer membrane may include, for example, a polymer including a repeating unit represented by the following formula (1)
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
Y는 2가의 유기기일 수 있으며, Y may be a divalent organic group,
n은 1,000 내지 1,500,000의 정수일 수 있다. n may be an integer of 1,000 to 1,500,000.
상기 화학식 1의 Y는, 예를 들어, 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-14로 표시되는 유기기 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다: The Y in the formula (1) may include, for example, at least one selected from the organic groups represented by the following formulas (1-1) to (1-14)
<화학식 1-1> <화학식 1-2>≪ Formula 1-1 > < EMI ID =
<화학식 1-3> <화학식 1-4>≪ Chemical Formula 1-3 >
<화학식 1-5> <화학식 1-6>≪ Formula 1-5 > < Formula 1-6 >
<화학식 1-7> <화학식 1-8>≪ Formula 1-7 > < Formula 1-8 >
<화학식 1-9> <화학식 1-10>≪ Formula 1-9 > < Formula 1-10 >
<화학식 1-11> <화학식 1-12>≪ Formula 1-11 > < Formula 1-12 &
<화학식 1-13> <화학식 1-14>≪ Formula 1-13 > < Formula 1-14 &
상기 화학식 1의 Y는, 예를 들어 디아민벤조산으로부터 유래된 2가의 유기기일 수 있다. The Y in the above formula (1) may be, for example, a divalent organic group derived from diamine benzoic acid.
상기 화학식 1의 n은, 예를 들어, 10,000 내지 500,000의 정수일 수 있다. The n in Formula 1 may be an integer of 10,000 to 500,000, for example.
상기 고분자 막은 상기와 같은 고분자를 포함하여 높은 열이 발생하는 장치에 사용 가능하며, 유연한 특성을 가질 수 있다. 따라서 상기 플렉시블 열전 복합 구조체는 곡면과 같은 다양한 구조를 갖는 장치에 장착이 가능하다. The polymer membrane can be used in a device that generates high heat including a polymer as described above, and can have a flexible property. Therefore, the flexible thermoelectric hybrid structure can be mounted on an apparatus having various structures such as a curved surface.
다른 일 구현예에 따른 열전소자는 전술한 플렉시블 열전 복합 구조체를 포함할 수 있다. 전술한 플렉시블 열전 복합 구조제는 열전 재료로서 유용하게 사용될 수 있다. 상기 열전소자는 p형 또는 n형 열전소자일 수 있다. 이와 같은 열전소자는 상기 플렉시블 열전 재료를 소정 형상, 예를 들어 직육면체의 형상으로 형성한 것을 의미한다. The thermoelectric element according to another embodiment may include the above-described flexible thermoelectric hybrid structure. The above-mentioned flexible thermoelectric composite structural member can be usefully used as a thermoelectric material. The thermoelectric element may be a p-type or n-type thermoelectric element. Such a thermoelectric element means that the flexible thermoelectric material is formed into a predetermined shape, for example, a rectangular parallelepiped shape.
상기 열전소자는 p형과 n형 열전 재료가 교대로 배열된 열전모듈을 채용할 수 있다. 상기 열전모듈의 형태는 특별한 제한은 없으나, 예를 들어, p형과 n형 열전재료를 포함한 필름 형태일 수 있다. The thermoelectric module may employ a thermoelectric module in which p-type and n-type thermoelectric materials are alternately arranged. The form of the thermoelectric module is not particularly limited, but may be, for example, a film form including p-type and n-type thermoelectric materials.
상기 열전소자는 전극과 결합되어, 전류 인가에 의해 냉각 효과를 나타낼 수 있으며, 소자 또는 온도 차이에 의해 발전 효과를 나타낼 수 있는 성분일 수도 있다. The thermoelectric element may be combined with an electrode to exhibit a cooling effect by application of a current, or may be a component capable of exhibiting a power generation effect due to a temperature or a temperature difference.
다른 일 구현예에 따른 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법은 기재의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질 박막을 코팅하는 단계; 상기 물질 박막의 상면에 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포하는 단계; 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 경화시켜 상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성하는 단계; 및 상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하여 전술한 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체를 제조하는 단계;를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a flexible thermoelectric composite structure, including: coating a thin film of a material having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or more on one surface of the substrate; Applying a polymer precursor solution for forming a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher on the upper surface of the thin film; Forming a polymer film on the upper surface of the material thin film by curing the polymer precursor polymer precursor solution; And separating the polymer film formed on the upper surface of the thin film material from the substrate to produce the above-described flexible thermoelectric composite material structure.
먼저, 기재를 준비한다. 기재로는 유리, 세라믹, 스테인리스 스틸, 금속, 및/또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다. First, a substrate is prepared. The substrate may include glass, ceramic, stainless steel, metal, and / or polymer substrates.
다음으로, 기재의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질, 예를 들어 유기물, 무기물, 또는 유무기 복합체 박막을 코팅한다(S1 단계). 상기 유기물, 무기물, 또는 유무기 복합체에 대해서는 상술한 종류와 동일한 것을 사용할 수 있다. Next, a material having a Seebeck coefficient of ± 1 kN / K or more, for example, an organic material, an inorganic material, or an organic-inorganic composite thin film is coated on one surface of the substrate (S1 step). As the organic material, inorganic material, or organic-inorganic hybrid material, the same materials as those described above may be used.
상기 물질 박막을 코팅하는 단계는 스핀 코팅법, 닥터 블레이드법, 진공 여과 방법, 또는 침강법을 포함할 수 있다. 이 중, 스핀 코팅법은 소량의 무기물질로 균일한 두께의 박막 형태의 코팅이 가능하다. 상기 물질 박막의 두께는 예를 들어, 10 nm 내지 50 ㎛일 수 있다. The step of coating the material thin film may include a spin coating method, a doctor blade method, a vacuum filtration method, or a sedimentation method. Of these, the spin coating method is capable of coating a thin film of uniform thickness with a small amount of inorganic material. The thickness of the material thin film may be, for example, 10 nm to 50 탆.
다음으로, 상기 물질 박막의 상면에 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포한다(S2 단계). 예를 들어, 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액은 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이상일 수 있다. Next, a polymer precursor solution for forming a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 50 ° C or higher is applied to the upper surface of the thin film of material (step S2). For example, the polymer precursor solution for forming a polymer may have a glass transition temperature (Tg) of 200 ° C or higher.
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액은 하기 화학식 2로 표시되는 고분자 전구체를 포함할 수 있다. The polymer precursor solution for forming a polymer may include a polymer precursor represented by the following formula (2).
<화학식 2>(2)
상기 화학식 2에서,In
Z1은 카르보닐기, 히드록시기, 아미드기, 설포닐기, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 1종일 수 있으며;Z 1 can be one selected from a carbonyl group, a hydroxyl group, an amide group, a sulfonyl group, or a combination thereof;
Z2는 2가의 유기기일 수 있으며;Z 2 can be a divalent organic group;
n1은 1,000 내지 1,500,000의 정수일 수 있다. n 1 may be an integer from 1,000 to 1,500,000.
상기 화학식 2의 Z2는, 예를 들어, 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-14로 표시되는 유기기 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Z 2 in
상기 화학식 2의 n1은, 예를 들어, 10,000 내지 500,000의 정수일 수 있다. N 1 in
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포하는 단계는 닥터 블레이드 공정을 포함할 수 있다. 상기 닥터 블레이드 공정은 정밀한 두께의 막을 얻을 수 있다. 또한 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 사용하여 상기 무기 박막의 상면과의 점착성을 높일 수 있다. 상기 고분자 막의 두께는 예를 들어, 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다. The step of applying the polymer precursor solution for forming a polymer may include a doctor blade process. The doctor blade process can obtain a film having a precise thickness. In addition, the polymer precursor solution for forming a polymer can be used to increase the adhesiveness to the upper surface of the inorganic thin film. The thickness of the polymer film may be, for example, 1 占 퐉 to 10 占 퐉.
다음으로, 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 경화시켜 상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성한다(S3 단계).Next, the polymer precursor solution for polymer formation is cured to form a polymer film on the upper surface of the material thin film (step S3).
상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성하는 단계는 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 50℃ 내지 500℃에서 열처리하거나 또는 30분 내지 24시간 동안 가시광선 또는 자외선을 이용한 광처리하여 경화시키는 공정을 포함할 수 있다. 상기 열처리는 약 0.5 시간 내지 30 시간 동안 수행될 수 있으나, 고분자 전구체의 종류 등에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 열처리는 공기 분위기 하에 또는 산화성 분위기 하에 수행될 수 있다. The step of forming the polymer film on the upper surface of the thin film may include a step of heat-treating the polymer precursor solution for polymer-forming at 50 ° C to 500 ° C or curing the polymer precursor solution by light treatment using visible light or ultraviolet light for 30 minutes to 24 hours have. The heat treatment may be performed for about 0.5 to 30 hours, but may be suitably controlled depending on the kind of the polymer precursor. The heat treatment may be performed in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere.
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액에 중합 개시제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 상기 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액에 도전제, 유화제, 또는 분산제 등을 추가로 첨가할 수 있다. The polymer precursor solution for forming a polymer may further contain a polymerization initiator. If necessary, a conductive agent, an emulsifying agent, a dispersing agent, or the like may be further added to the polymer precursor solution for forming a polymer.
상기 중합 개시제로는 과산화라우로일, 디이소프로필퍼옥시디카보네이트, 디-2-에틸헥실퍼옥시디카보네이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, 3,3,5-트리메틸헥사노일퍼옥사이드 등의 유기 과산화물; α, α'-아조비스이소부티로니트릴 등의 아조 화합물; 과황산암모늄; 및 과황산칼륨을 들 수 있다. 중합 개시제는 1 종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2 종 이상을 임의의 비율로 조합하여 사용할 수도 있다. 그러나 상기 중합 개시제의 예에 특별히 제한되지 않고 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 모두 중합 개시제의 사용이 가능하다. Examples of the polymerization initiator include organic peroxides such as lauroyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate and 3,3,5-trimethylhexanoyl peroxide ; azo compounds such as?,? '- azobisisobutyronitrile; Ammonium persulfate; And potassium persulfate. One type of polymerization initiator may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio. However, there is no particular limitation on the examples of the polymerization initiator, and it is possible to use all polymerization initiators that can be used in the technical field.
상기 중합 개시제의 함량은 통상적으로 열중합에서 사용되는 양으로 사용될 수 있다. 또한 아민류 등의 첨가제를 중합 보조제로서 사용할 수 있다. 또한 도전제, 유화제, 또는 분산제는 통상적으로 열중합에서 사용되는 양으로 사용될 수 있다.The content of the polymerization initiator can be used in an amount usually used in thermal polymerization. In addition, additives such as amines can be used as polymerization auxiliary agents. Conducting agents, emulsifiers, or dispersants can also be used in amounts normally used in thermal polymerization.
상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하여 상술한 플렉시블 열전 복합 구조체를 제조한다(S4 단계). The polymeric film formed on the upper surface of the thin film is separated from the substrate to produce the above-described flexible thermoelectric composite structure (step S4).
상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하기 전에 수계 용매에 함침하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the step of impregnating the polymer membrane formed on the upper surface of the material thin film with an aqueous solvent before being separated from the substrate.
상기 수계 용매는 물, 알코올계 용매일 수 있다. 상기 알코올계 용매로는 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 또는 프로판올 등일 수 있고, 예를 들어 메탄올일 수 있다. 상기 수계 용매에 함침하는 단계를 더 포함하여 상술한 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체를 얻을 수 있다. The aqueous solvent may be water or alcohol-based. The alcohol-based solvent may be, for example, methanol, ethanol or propanol, and may be, for example, methanol. The step of impregnating the water-based solvent may further include the step of obtaining the above-described flexible thermoelectric composite article.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
[실시예][Example]
실시예Example 1: 열전 복합 구조체의 제조 1: Manufacture of thermoelectric composite structure
0.2㎛의 기공을 가진 폴라테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 기재 (두께: 50㎛) 상에 다층벽 탄소나노튜브 (평균 직경: 약 10-15 nm, 평균 길이: 약 0.5~10㎛) 0.01 g이 에탄올 50 mL에 분산된 용액을 적하하고, 진공 여과 방법을 이용하여 상기 기재 상에 다층벽 탄소나노튜브를 포함하는 약 20㎛ 두께의 유기 박막을 코팅하였다.Layered carbon nanotube (average diameter: about 10-15 nm, average length: about 0.5 to 10 μm) was coated on a substrate (thickness: 50 μm) of polar tetrafluoroethylene (PTFE) having pores of 0.2 μm A solution dispersed in 50 mL of ethanol was dropped, and an organic thin film having a thickness of about 20 mu m including multi-walled carbon nanotubes was coated on the substrate using a vacuum filtration method.
상기 유기 박막의 상면에 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 10mL에 하기 반응스킴 1의 화학식 3으로 표시되는 반복단위가 포함된 고분자 전구체 1g이 첨가된 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 닥터 블레이드를 이용하여 도포하였다. A polymer precursor solution for polymer formation to which 1 g of a polymer precursor containing a repeating unit represented by the formula (3) in the following Scheme 1 was added was placed on the top surface of the organic thin film in 10 ml of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Using a blade.
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 대기 하에 100 ℃에서 30분 동안 열처리로 경화시켜 상기 유기 박막의 상면에 하기 반응스킴 1의 화학식 4로 표시되는 고분자 막을 형성하였다. 이 때 형성된 고분자 막의 두께는 약 10㎛이었다.The polymer precursor solution for polymer formation was cured by heat treatment at 100 ° C for 30 minutes in the atmosphere to form a polymer film represented by Chemical Formula 4 of the following reaction scheme 1 on the organic thin film. The thickness of the polymer film formed at this time was about 10 mu m.
상기 유기 박막 및 상기 유기 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하여 상기 다층벽 탄소나노튜브 박막이 상기 고분자 막 일면에 편재되어 있는 열전 복합 구조체를 제조하였다.The organic thin film and the polymer film formed on the top surface of the organic thin film were separated from the substrate to prepare a thermoelectric composite structure in which the multi-walled carbon nanotube thin film was localized on one surface of the polymer film.
상기 화학식에서 n은 1,000 내지 1,000,000의 정수일 수 있다.In the above formula, n may be an integer of 1,000 to 1,000,000.
비교예Comparative Example 1: 열전 복합 구조체의 제조 1: Manufacture of thermoelectric composite structure
다층벽 탄소나노튜브 (평균 직경: 10-15 nm, 평균 길이: 약 0.5~10㎛) 0.01 g 및 상기 반응식 1의 화학식 3으로 표시되는 반복단위가 포함된 고분자 전구체 0.1g을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용매 1mL에 첨가하여 분산시켰다. 0.01 g of a multi-walled carbon nanotube (average diameter: 10-15 nm, average length: about 0.5 to 10 탆) and 0.1 g of a polymer precursor containing a repeating unit represented by the formula (3) - pyrrolidone (NMP) solvent.
상기 분산액을 유리 기재 (두께: 1mm) 상에 닥터 블레이드를 이용하여 도포하였다. The above dispersion was coated on a glass substrate (thickness: 1 mm) using a doctor blade.
상기 분산액을 대기 하에 100℃에서 30분 동안 열처리로 상기 반응식 1의 화학식 3으로 표시되는 반복단위가 포함된 고분자 전구체를 경화시켜 상기 유리 기재 상에 다층벽 탄소나노튜브와 상기 반응스킴 1의 화학식 4로 표시되는 고분자로 구성된 복합체막을 형성하였다. 이 때 형성된 복합체막의 두께는 약 250 ㎛이었다.The dispersion was cured by heating at 100 ° C for 30 minutes in the atmosphere to cure the polymer precursor containing the repeating unit represented by
상기 복합체 막을 상기 기재로부터 분리하여 상기 다층벽 탄소나노튜브가 상기 복합체 막 중에 분산되어 있는 열전 복합체를 제조하였다.The composite membrane was separated from the substrate to prepare a thermocompression composite in which the multi-walled carbon nanotubes were dispersed in the composite membrane.
분석예Analysis example 1: 주사전자현미경( 1: Scanning electron microscope ( SEMSEM ) 이미지 분석) Image analysis
실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 단면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였다. 여기에서, SEM 분석은 JOEL, Ltd.사 제조 JSM-7610F(5.0kV 에서 운전함)을 이용하였다. 그 결과를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다. The cross sections of the thermoelectric composite structures produced in Example 1 and Comparative Example 1 were observed using a scanning electron microscope (SEM). Here, JSM-7610F (operated at 5.0 kV) manufactured by JOEL, Ltd. was used for the SEM analysis. The results are shown in Fig. 4 and Fig. 5, respectively.
도 4를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체는 다층벽 탄소나노튜브 박막이 상기 고분자 막 일면에 편재되어 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the multi-walled carbon nanotube thin film is localized on one side of the polymer membrane in the thermoelectric composite structure manufactured in Example 1.
도 5를 참조하면, 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체는 다층벽 탄소나노튜브가 상기 고분자 및 다층탄소나노튜브 복합체 막 중에 분산되어 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the thermoelectric composite structure manufactured in Comparative Example 1 has multi-walled carbon nanotubes dispersed in the polymer and multi-walled carbon nanotube composite film.
평가예Evaluation example 1: 열전 특성 평가 1: Evaluation of thermoelectric properties
실시예 1와 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 전기 전도도, 제벡 계수(Seeback coefficient), 및 파워 팩터(power factor)를 포함한 열전 특성을 평가하였다. 그 결과를 도 6 내지 도 8에 각각 나타내었다. The thermoelectric properties including the electric conductivity, the Seeback coefficient, and the power factor of the thermocompression composite structure prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated. The results are shown in Figs. 6 to 8, respectively.
전기 전도도(σ)는 300K에서 기존의 dc 4-프로브(probe)법을 통해 측정하였고, 제벡 계수(S)는 steady-state 방법을 통해 측정하였다. 파워 팩터는 상술한 수학식 1에 기재된 바와 같이 S2σ이므로 전기 전도도와 제벡 계수의 제곱을 곱하여 계산하였다. The electrical conductivity (σ) was measured at 300 K by the conventional dc 4-probe method, and the Seebeck coefficient (S) was measured by the steady-state method. The power factor is calculated by multiplying the square of the electric conductivity and the Seebeck coefficient since it is S 2 σ as described in Equation (1).
도 6 내지 도 8을 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체는 전기 전도도(σ)가 2330±107(S/m), 제벡 계수(S)가 29.8±0.5(㎶/K), 그리고 파워 팩터(S2σ)가 2.06±0.27(㎼/mK2)임을 알 수 있다. 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체는 전기 전도도(σ)가 0.290±0.115(S/m), 제벡 계수(S)가 25.9±23.9(㎶/K), 그리고 파워 팩터(S2σ)가 2.34x10-4±0.27(㎼/mK2)임을 알 수 있다.6 to 8, the thermocompression composite structure manufactured according to Example 1 has an electrical conductivity (σ) of 2330 ± 107 (S / m), a Seebeck coefficient (S) of 29.8 ± 0.5 (㎶ / K) And the power factor (S 2 σ) is 2.06 ± 0.27 (㎼ / mK 2 ). Comparative Example 1 The thermal transfer composite structure produced by the electric conductivity (σ) is 0.290 ± 0.115 (S / m) , Seebeck coefficient (S) is 25.9 ± 23.9 (㎶ / K) , and power factor (S 2 σ) is 2.34 × 10 -4 ± 0.27 (㎼ / mK 2 ).
이로부터, 실시예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체의 전기 전도도(σ) 및 파워 팩터(S2σ)는 비교예 1에 의해 제조된 열전 복합 구조체와 비교하여 모두 증가하였음을 확인할 수 있다. From this, it can be confirmed that the electric conductivity () and the power factor (S 2 σ) of the thermocompression composite structure produced in Example 1 were increased in comparison with the thermoelectric composite structure produced in Comparative Example 1.
1: 플렉시블 열전 복합 전도체, 2: 무기 박막,
3: 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이상인 고분자 막, 1: flexible thermoelectric composite conductor, 2: inorganic thin film,
3: a polymer film having a glass transition temperature (Tg) of 200 DEG C or higher,
Claims (17)
상기 고분자 막의 일면에 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질이 편재되어 코팅된 박막;을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.A polymer membrane having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher; And
And a thin film coated on one side of the polymer membrane with a material having a Seebeck coefficient of 賊 1 kN / K or more.
상기 박막은 n형 또는 p형인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the thin film is an n-type or a p-type.
상기 물질은 유기물, 무기물, 또는 유무기 복합체로부터 선택된 것인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the material is selected from organic, inorganic or organic complexes.
상기 유기물 또는 무기물은 1차원 나노물질인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method of claim 3,
Wherein the organic material or the inorganic material is a one-dimensional nanomaterial.
상기 유기물은 단층벽 또는 다층벽 탄소나노튜브, 그래핀, 폴리아세틸렌계 고분자, 폴리피롤계 고분자, 폴리티오펜계 고분자, 폴리아닐린계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 및 폴리페닐렌옥사이드계 고분자로부터 선택된 1종 이상인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method of claim 3,
The organic material is selected from a single layer wall or a multilayer wall carbon nanotube, a graphene, a polyacetylene polymer, a polypyrrole polymer, a polythiophene polymer, a polyaniline polymer, a polyphenylene sulfide polymer, and a polyphenylene oxide polymer At least one self - standing flexible thermoelectric composite structure.
상기 무기물은 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 및 16족 원소로부터 선택된 1종 이상의 원소로 구성된 나노입자, 나노와이어, 나노벨트, 나노리본 및 이들의 조합 중에서 선택된 1종 이상인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method of claim 3,
Wherein the inorganic material is at least one selected from the group consisting of nanoparticles composed of a transition metal, a rare earth element, a group 13 element, a group 14 element, and a group 16 element, a nanowire, a nanowire, Flexible thermoelectric composite structure.
상기 물질의 함량은 열전 복합 구조체 100 중량부를 기준으로 하여 0.01 중량부 내지 90 중량부인 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the content of the material is 0.01 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoelectric composite structure.
상기 고분자 막은 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐리덴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리스티렌, 및 우레탄계 에폭시 수지 중에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체.The method according to claim 1,
Wherein the polymer film is a self-supporting type film including at least one polymer selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, polyacrylate, polymethacrylate, polymethyl methacrylate, polyvinylidene, polyvinylidene fluoride, polystyrene, and urethane- Flexible thermoelectric composite structure.
상기 고분자 막은 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함한 고분자를 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체:
<화학식 1>
상기 화학식 1에서,
Y는 2가의 유기기이며,
n은 1,000 내지 1,500,000의 정수이다. The method according to claim 1,
Wherein the polymer membrane comprises a polymer containing a repeating unit represented by the following formula (1): < EMI ID =
≪ Formula 1 >
In Formula 1,
Y is a divalent organic group,
n is an integer of 1,000 to 1,500,000.
상기 화학식 1의 Y가 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-14로 표시되는 유기기 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체:
<화학식 1-1> <화학식 1-2>
<화학식 1-3> <화학식 1-4>
<화학식 1-5> <화학식 1-6>
<화학식 1-7> <화학식 1-8>
<화학식 1-9> <화학식 1-10>
<화학식 1-11> <화학식 1-12>
<화학식 1-13> <화학식 1-14>
10. The method of claim 9,
Wherein Y in the formula (1) is at least one selected from organic groups represented by the following formulas (1-1) to (1-14):
≪ Formula 1-1 >< EMI ID =
≪ Chemical Formula 1-3 >
≪ Formula 1-5 >< Formula 1-6 >
≪ Formula 1-7 >< Formula 1-8 >
≪ Formula 1-9 >< Formula 1-10 >
≪ Formula 1-11 >< Formula 1-12 &
≪ Formula 1-13 >< Formula 1-14 &
상기 물질 박막의 상면에 유리전이온도(Tg)가 50℃ 이상인 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포하는 단계;
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 경화시켜 상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성하는 단계; 및
상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하여 제1항에 따른 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체를 제조하는 단계;를 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법.Coating a thin film of a material having a Seebeck coefficient of 1 1 / K or more on one side of the substrate;
Applying a polymer precursor solution for forming a polymer having a glass transition temperature (Tg) of 50 DEG C or higher on the upper surface of the thin film;
Forming a polymer film on the upper surface of the material thin film by curing the polymer precursor polymer precursor solution; And
And separating the polymer film formed on the upper surface of the thin film from the substrate to produce the self-sustaining flexible thermoelectric composite structure according to claim 1. The method of manufacturing the self-sustaining flexible thermoelectric composite structure according to claim 1,
상기 제벡계수가 ±1㎶/K 이상인 물질 박막을 코팅하는 단계는 스핀 코팅법, 닥터 블레이드법, 진공 여과 방법, 또는 침강법을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of coating the thin film having the Seebeck coefficient of at least 1 kPa is performed by a spin coating method, a doctor blade method, a vacuum filtration method, or a sedimentation method.
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액은 하기 화학식 2로 표시되는 고분자 전구체 반복단위를 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법:
<화학식 2>
상기 화학식 2에서,
Z1은 카르보닐기, 히드록시기, 아미드기, 설포닐기, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 1종이며;
Z2는 2가의 유기기이며;
n1은 1,000 내지 1,500,000의 정수이다. 13. The method of claim 12,
Wherein the polymer precursor solution for polymer-forming comprises a polymer precursor repeating unit represented by the following general formula (2): < EMI ID =
(2)
In Formula 2,
Z 1 is a group selected from a carbonyl group, a hydroxyl group, an amide group, a sulfonyl group, or a combination thereof;
Z 2 is a divalent organic group;
n 1 is an integer of 1,000 to 1,500,000.
상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 도포하는 단계는 닥터 블레이드 공정을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the step of applying the polymer precursor solution for polymer-forming comprises a doctor blade process.
상기 물질 박막의 상면에 고분자 막을 형성하는 단계는 상기 고분자 형성용 고분자 전구체 용액을 50℃ 내지 500℃에서 열처리하거나 또는 30분 내지 24시간 동안 가시광선 또는 자외선을 이용한 광처리하여 경화시키는 공정을 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법.13. The method of claim 12,
The step of forming the polymer film on the upper surface of the thin film may include a step of heat-treating the polymer precursor solution for polymer-forming at 50 ° C. to 500 ° C., or a step of curing the polymer precursor solution by light treatment using visible light or ultraviolet light for 30 minutes to 24 hours A method for manufacturing a flexible thermoelectric composite structure.
상기 물질 박막의 상면에 형성된 고분자 막을 상기 기재로부터 분리하기 전에 수계 용매에 함침하는 단계를 더 포함하는 자립형 플렉시블 열전 복합 구조체의 제조방법.13. The method of claim 12,
Further comprising the step of impregnating the polymer film formed on the upper surface of the thin film material with an aqueous solvent before being separated from the substrate.
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KR20170114568A (en) | 2017-10-16 |
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