KR102032195B1 - A preparation method of composite thermoelectric material using spray drying and composite thermoelectric material prepared therefrom - Google Patents
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Abstract
복합 열전 재료 및 이의 제조 방법이 개시된다. 일 실시예에 따라 분무 건조를 이용하여 제조된 복합 열전 재료는 전기 전도도가 낮고, 이에 의해 높은 성능계수(ZT)를 가질 수 있다.Composite thermoelectric materials and methods of making the same are disclosed. Composite thermoelectric materials prepared using spray drying according to one embodiment may have low electrical conductivity, thereby having a high coefficient of performance (ZT).
Description
본 개시내용은 분무 건조를 이용한 복합 열전 재료 제조 방법 및 이로부터 제조된 복합 열전 재료에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for producing a composite thermoelectric material using spray drying and to a composite thermoelectric material prepared therefrom.
열전(ThermoElectric, TE) 기술은 에너지 수집 기술로, 지구 온난화를 일으키는 온실 가스를 줄이기 위한 세계적 수요에 부응하여 재생가능하고, 지속 가능한 에너지원으로 개발되고 있다.Thermoelectric (TE) technology is an energy collection technology that is being developed as a renewable and sustainable energy source in response to global demand to reduce greenhouse gases causing global warming.
열전 기술은 버려진 폐열을 활용하여 전력을 생산하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 열전 장치의 효율은 열전 재료의 성능에 의해 크게 좌우되기 때문에, 고성능 열전 재료는 폐열을 전기로 전환시켜 전력을 생성하거나 전기를 사용하여 온도 차이를 발생시켜 냉각시키는데 있어 매우 중요하다.Thermoelectric technology is expected to play an important role in generating power from waste heat. Since the efficiency of a thermoelectric device is highly dependent on the performance of the thermoelectric material, high performance thermoelectric materials are very important in converting waste heat into electricity to generate power or using electricity to generate temperature differences to cool.
열전 재료의 성능은 무차원(dimensionless)의 성능 지수(figure of merit)인 ZT 값에 의해 결정된다. 그러나 높은 ZT 값을 가지는 열전 재료를 제조하는 것에 많은 어려움이 있다.The performance of a thermoelectric material is determined by the ZT value, which is a dimensionless figure of merit. However, there are many difficulties in manufacturing thermoelectric materials with high ZT values.
성능 계수는 전기 전도도와 제벡 계수의 제곱을 곱한 파워 팩터에 온도를 곱한 후 열 전도도로 나눈 값으로 정의된다. 여기서 전기 전도도와 제벡 계수는 캐리어 농도에 따라 반비례 관계를 가지기 때문에 성능 계수를 높이는 것에 어려움이 있다.The coefficient of performance is defined as the power factor multiplied by the square of the electrical conductivity and the Seebeck coefficient multiplied by the temperature and then divided by the thermal conductivity. The electrical conductivity and the Seebeck coefficient have an inverse relationship with the carrier concentration, which makes it difficult to increase the performance coefficient.
이러한 이유로 성능 계수는 오랜 기간 동안 1의 한계를 가지는 것으로 여겨 졌다. 하지만 최근 연구를 통해 열 전도도를 낮춤으로써 1을 능가하는 성능 계수를 가지는 열전 재료가 개발되고 있다.For this reason, the performance factor was considered to have a limit of 1 for a long time. However, recent research has developed thermoelectric materials with performance coefficients above 1 by lowering thermal conductivity.
이하에 기술된 실시예들은 분무 건조를 이용하여 열전 재료를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.The embodiments described below can provide a method of making a thermoelectric material using spray drying.
또한, 이하에 기술된 실시예들은 분무 건조를 이용하여 제조된 열전 재료를 제공할 수 있다.In addition, the embodiments described below can provide thermoelectric materials prepared using spray drying.
일 실시예에 따른 복합 열전 재료는, 열전 재료(thermoelectric material)의 매트릭스(matrix)와, 상기 열전 재료의 계면에 분포된 탄소 동소체(allotrope of carbon)를 포함하고, 상기 탄소 동소체는 분무 건조법을 이용하여 상기 열전 재료의 계면에 분산된다.According to an embodiment, a composite thermoelectric material includes a matrix of thermoelectric material and an allotrope of carbon distributed at an interface of the thermoelectric material, and the carbon allotrope uses spray drying. Are dispersed at the interface of the thermoelectric material.
상기 탄소 동소체는, 상기 열전 재료의 그레인 경계(grain boundary)에 분산되어 상기 열전 재료를 둘러싸고(encapsulating) 있을 수 있다.The carbon allotrope may be dispersed at a grain boundary of the thermoelectric material and encapsulating the thermoelectric material.
상기 열전 재료는, BST(Bi-Sb-Te) 계열, 스쿠테루다이트(skutterudite) 계열, 클라스레이트(clathrate) 계열, 반 허슬러(half-heusler) 계열, 실리사이드(silicide) 계열, 실리콘 게르마늄(SiGe) 계열 및 산화물 계열로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The thermoelectric material may be a BST (Bi-Sb-Te) series, a scutterudite series, a clathrate series, a half-heusler series, a silicide series, or silicon germanium (SiGe). ) Series and oxide series.
상기 탄소 동소체는, 그래핀(graphene) 및 탄소 나노 튜브(carbon nanotube) 중에서 선택될 수 있다.The carbon allotrope may be selected from graphene and carbon nanotubes.
상기 그래핀은, 테이프로 떼어낸 그래핀, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장된 그래핀, 허머스(Hummer's) 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드 및 환원된 그래핀 옥사이드(reduced grapheme oxide)를 포함하고, 상기 탄소 나노 튜브는, 단일벽 탄소 나노 튜브, 이중벽 탄소 나노 튜브 및 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있다.The graphene includes a graphene peeled off from a tape, a chemical vapor deposition (CVD) grown graphene, a graphene oxide produced by the Hummers' method, and a reduced grapheme oxide. The carbon nanotubes may include single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, and multiwall carbon nanotubes.
상기 복합 열전 재료는, 상기 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료에 비하여 낮은 열 전도도(thermal conductivity)를 가질 수 있다.The composite thermoelectric material may have a low thermal conductivity as compared with the pristine thermoelectric material not including the carbon allotrope.
일 실시예에 따른 복합 열전 재료 제조 방법은, 분쇄된(pulverized) 열전 재료를 제공하는 단계와, 상기 분쇄된(pulverized) 열전 재료를 용매에 분산시켜 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계와, 탄소 동소체를 용매에 분산시켜 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계와, 상기 열전 재료의 분산액과 탄소 동소체의 분산액을 혼합하여 혼합액을 생성하는 단계와, 상기 혼합액을 분무 건조하여 열전 재료의 계면에 분포된 탄소 동소체를 포함하는 열전 재료의 매트릭스를 생성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, a method of manufacturing a composite thermoelectric material includes providing a pulverized thermoelectric material, dispersing the pulverized thermoelectric material in a solvent to form a dispersion of the thermoelectric material, and a carbon allotrope. To form a dispersion of the carbon allotrope by dispersing in a solvent, mixing the dispersion of the thermoelectric material and the dispersion of the carbon allotrope to generate a mixed solution, and spray-drying the mixed solution to distribute the carbon allotrope at the interface of the thermoelectric material. Generating a matrix of thermoelectric materials comprising;
상기 분쇄된 열전 재료를 제공하는 단계는, 열전 재료를 합성하는 단계와, 상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.Providing the pulverized thermoelectric material may include synthesizing a thermoelectric material and pulverizing the synthesized thermoelectric material.
상기 열전 재료를 합성하는 단계는, 용융 ?칭 방법(melting-quenching method), 기계적 합금 방법(mechanical alloying method) 및 가스 원자화 방법(gas atomization method)으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 상기 열전 재료를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.The synthesizing of the thermoelectric material may include synthesizing the thermoelectric material by a method selected from the group consisting of a melting-quenching method, a mechanical alloying method, and a gas atomization method. It may include the step.
상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계는, 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling), 고에너지 밀링(high energy milling), 제트 밀링(zet milling), 막자 사발 분쇄로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.The step of pulverizing the synthesized thermoelectric material may include ball milling, attrition milling, high energy milling, jet milling, and mortar grinding. Pulverizing the synthesized thermoelectric material in a selected manner.
상기 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계는, 물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 분쇄된 열전 재료를 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming the dispersion of the thermoelectric material may include dispersing the pulverized thermoelectric material in a solvent selected from the group consisting of water, ethanol, acetone and ethylene glycol.
상기 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계는, 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.Forming the dispersion of the thermoelectric material may further include adding a dispersant.
상기 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계는, 물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 탄소 동소체를 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming the dispersion of the carbon allotrope may include dispersing the carbon allotrope in a solvent selected from the group consisting of water, ethanol, acetone and ethylene glycol.
상기 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계는, 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.Forming the dispersion of the carbon allotrope may further comprise adding a dispersant.
상기 혼합액을 생성하는 단계는, 마그네틱 바(magnetic bar) 교반(stirring) 및 소니케이션(sonication) 중에서 선택되는 방법으로 상기 혼합액을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Generating the mixed solution may include generating the mixed solution by a method selected from magnetic bar stirring and sonication.
상기 열전 재료의 매트릭스를 생성하는 단계는, 상기 혼합액을 분무 건조기에 주입하는 단계와, 주입된 혼합액을 가열하는 단계와, 가열된 혼합액을 분무 건조하는 단계와, 건조된 혼합액을 소결하는 단계를 포함할 수 있다.Generating the matrix of thermoelectric material includes injecting the mixture into a spray dryer, heating the injected mixture, spray drying the heated mixture, and sintering the dried mixture. can do.
상기 주입하는 단계는, 5 ml/min 공급 속도(feeding rate)로 상기 혼합액을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.The injecting step may include injecting the mixed solution at a feeding rate of 5 ml / min.
상기 가열하는 단계는, 50℃ 내지 300℃로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.The heating step may include heating to 50 ℃ to 300 ℃.
상기 소결하는 단계는, 핫 프레싱(hot pressing) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중에서 선택되는 방법으로 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The sintering may include sintering by a method selected from hot pressing and spark plasma sintering.
상기 소결하는 단계는, 300℃ 내지 500℃의 온도 조건, 10MPa 내지 100MPa의 압력 조건 중 적어도 하나의 조건 하에서 1분 내지 3시간 동안 소결하는 단계를 포함할 수 있다.The sintering step may include sintering for 1 minute to 3 hours under at least one of a temperature condition of 300 ° C. to 500 ° C. and a pressure condition of 10 MPa to 100 MPa.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 열전 재료 구조의 개념도를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 분무 건조기의 예를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 분무 건조기의 작동의 예를 나타낸다.
도 4a는 일 실시예에 따른 복합 열전 재료의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지의 예를 나타낸다.
도 4b는 도 4a의 이미지를 확대한 이미지를 나타낸다.
도 5a는 성분 분석을 위한 복합 열전 재료의 SEM 이미지의 예를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Te 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.
도 5c는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Sb 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.
도 5d는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Bi 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.
도 5e는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 C 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.
도 5f는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 O 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.
도 6은 온도 변화에 따른 복합 열전 재료의 열 전도도 그래프의 예를 나타낸다.1 illustrates a conceptual diagram of a composite thermoelectric material structure according to one embodiment.
2 shows an example of a spray dryer according to one embodiment.
FIG. 3 shows an example of the operation of the spray dryer shown in FIG. 2.
4A illustrates an example of a scanning electron microscope (SEM) image of a composite thermoelectric material according to one embodiment.
4B illustrates an enlarged image of the image of FIG. 4A.
5A shows an example of an SEM image of a composite thermoelectric material for component analysis.
5B shows an example of Te component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
5C shows an example of an Sb component analysis result for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
5D shows an example of Bi component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
FIG. 5E shows an example of C component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
5F shows an example of O component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
6 shows an example of a thermal conductivity graph of a composite thermoelectric material with temperature change.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the inventive concept disclosed herein are merely illustrated for the purpose of describing the embodiments according to the inventive concept, and the embodiments according to the inventive concept. These may be embodied in various forms and are not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Embodiments according to the inventive concept may be variously modified and have various forms, so embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to specific embodiments, and includes modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between. Expressions describing relationships between components, such as "between" and "immediately between" or "directly neighboring", should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to designate that the stated feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof is present, but one or more other features or numbers, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Do not.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 일 실시예에 따른 복합 열전 재료 구조의 개념도를 나타낸다.1 illustrates a conceptual diagram of a composite thermoelectric material structure according to one embodiment.
도 1을 참조하면, 복합 열전 재료는 열전 재료(thermoelectric material, 20)의 매트릭스(matrix)와, 열전 재료(20)의 그레인 경계(boundary)에 분포된 탄소 동소체(allotrope of carbon, 10)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a composite thermoelectric material includes a matrix of
열전 재료(20)의 그레인 경계에 분포된 탄소 동소체(10)는 분무 건조법(spray-drying method)을 이용하여 열전 재료(20)의 계면에 분산된다. 탄소 동소체(10)는, 열전 재료(20)의 그레인 경계에 분산되어 열전 재료(20)를 둘러싸고(encapsulating) 있을 수 있다.The carbon allotrope 10 distributed at the grain boundaries of the
열전 재료(20)는 BST(Bi(비스무트)-Sb(안티모니)-Te(텔루륨)) 계열, 스쿠테루다이트(skutterudite) 계열, 클라스레이트(clathrate) 계열, 반 허슬러(half-heusler) 계열, 실리사이드(silicide) 계열, 실리콘 게르마늄(SiGe) 계열 및 산화물 계열로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 열전 재료는 Bi0 . 5Sb1 . 5Te3일 수 있다.The
BST 계열 열전 재료는 Se을 추가로 포함하여, 화학식: Bi2 - aSbaSe3 - bTeb(여기서, a는 0 이상 2 이하이고, b는 0 이상 3 이하이다)로 표시되는 Bi-Sb-Te-Se(셀레늄) 계열일 수도 있다. BST-based thermoelectric material, including additional Se, formula: Bi 2 - Bi- represented by b Te b (where, a is not more than 2 more than 0, b is 3 or less than 0) - a a Sb Se 3 It may also be Sb-Te-Se (selenium) series.
탄소 동소체(10)는 그래핀(graphene) 및 탄소 나노 튜브(carbon nanotube) 중에서 선택될 수 있다. 그래핀은 테이프로 떼어낸 그래핀, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장된 그래핀, 허머스(Hummer's) 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드 및 환원된 그래핀 옥사이드(reduced grapheme oxide)를 포함할 수 있다. 탄소 나노 튜브는 단일벽 탄소 나노 튜브, 이중벽 탄소 나노 튜브 및 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있다.The carbon allotrope 10 may be selected from graphene and carbon nanotubes. The graphene may include graphene peeled off from the tape, chemical vapor deposition (CVD) grown graphene, graphene oxide prepared by Hummers' method, and reduced grapheme oxide. Carbon nanotubes may include single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, and multiwall carbon nanotubes.
본 명세서에 개시된 복합 열전 재료는 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴(pristine) 열전 재료에 비하여 낮은 열 전도도(thermal conductivity)를 가질 수 있다. 복합 열전 재료는 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료에 비하여 높은 성능 계수(ZT)를 가질 수 있다.The composite thermoelectric materials disclosed herein may have low thermal conductivity compared to pristine thermoelectric materials that do not include carbon allotrope. Composite thermoelectric materials may have a higher coefficient of performance (ZT) compared to pristine thermoelectric materials that do not include a carbon allotrope.
탄소 동소체(10)는 열전 재료(20)의 계면에서 일어나는 포논 산란을 증가 시켜 열 전도도를 감소시킬 수 있다. 포논 산란은 결함(defect) 부위에서 많이 발생할 수 있다. 예를 들어, 점 결함(point defect) 또는 나노 크기의 그레인을 제조하여 그레인 계면 포논 산란(grain boundary phonon scattering)을 증가시킬 수 있다.The carbon allotrope 10 may reduce the thermal conductivity by increasing phonon scattering occurring at the interface of the
탄소 동소체(10)는 열전 재료(20)의 계면에 분포되어, 계면 구조를 복잡하게 하여 포논 산란을 증가시킬 수 있다. 분무 건조법은 탄소 동소체(10)를 열전 재료(20)의 표면에 균일하게 분산시킬 수 있는 방법일 수 있다.The carbon allotrope 10 may be distributed at the interface of the
도 2는 일 실시예에 따른 분무 건조기의 예를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 분무 건조기의 작동의 예를 나타낸다.2 shows an example of a spray dryer according to one embodiment, and FIG. 3 shows an example of the operation of the spray dryer shown in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 복합 열전 재료 제조 방법은 분쇄된(pulverized) 열전 재료(20)를 제공하는 단계와, 분쇄된(pulverized) 열전 재료(20)를 용매에 분산시키는 단계를 포함한다. 복합 열전 재료 제조 방법은 탄소 동소체(10)를 용매에 분산시키는 단계와, 분산된 열전 재료(20)와 분산된 탄소 동소체(10)를 혼합하여 혼합액을 생성하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 2, a method of making a composite thermoelectric material includes providing a pulverized
복합 열전 재료 제조 방법은 혼합액을 분무 건조하여 열전 재료(20)의 계면에 분포된 탄소 동소체(10)를 포함하는 열전 재료(20)의 매트릭스를 생성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a composite thermoelectric material includes spray drying the mixed liquid to generate a matrix of
분쇄된 열전 재료(20)를 제공하는 단계는 열전 재료(20)를 합성하는 단계와, 상기 합성된 열전 재료(20)를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.Providing the pulverized
열전 재료(20)를 합성하는 단계는 당업계에 공지된 어떤 것이라도 이용가능하며, 예를 들면, 용융 ?칭 방법(melting-quenching method), 기계적 합금 방법(mechanical alloying method) 및 가스 원자화 방법(gas atomization method)으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 열전 재료를 합성할 수 있다.The step of synthesizing the
합성된 열전 재료(20)를 분쇄하는 단계는 당업계에 공지된 어떠한 방법이라도 이용가능하며, 예를 들면, 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling), 고에너지 밀링(high energy milling), 제트 밀링(zet milling) 및 막자 사발 분쇄로 이루어진 군에서 선택된 방법을 이용하여 열전 재료를 분쇄할 수 있다.Grinding the synthesized
분쇄된 열전 재료(20)를 용매에 분산시키는 단계는 물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 분쇄된 열전 재료(20)를 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 분쇄된 열전 재료(20)를 용매에 분산시키는 단계는 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.Dispersing the pulverized
탄소 동소체(10)를 용매에 분산시키는 단계는 물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 탄소 동소체(10)를 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 탄소 동소체를 용매에 분산시키는 단계는 분산제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.Dispersing the carbon allotrope 10 in a solvent may include dispersing the carbon allotrope 10 in a solvent selected from the group consisting of water, ethanol, acetone and ethylene glycol. Dispersing the carbon allotrope in the solvent may further comprise adding a dispersant.
분산된 열전 재료(20)와 분산된 탄소 동소체(10)를 혼합하여 혼합액을 생성하는 단계는 마그네틱 바(magnetic bar) 교반(stirring) 및 소니케이션(sonication) 중에서 선택되는 방법으로 분산된 탄소 동소체(10)와 분산된 열전 재료(20)를 혼합하여 혼합액을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The mixing of the dispersed
열전 재료(20)의 매트릭스를 생성하는 단계는 상기 혼합액을 분무 건조기에 주입하는 단계, 주입된 혼합액을 가열하는 단계, 가열된 혼합액을 분무하여 건조시키는 단계, 및 건조된 혼합액을 소결하는 단계를 포함할 수 있다.Generating the matrix of
분무 건조기는 히터(100), 노즐(nozzle, 200), 건조 챔버(drying chamber, 300), 사이클론(cyclone, 400), 샘플 수거함(product vessel, 500), 필터(filter, 600) 및 흡인기(aspirator, 700)를 포함할 수 있다.Spray dryers include a
분무 건조기는 생성된 혼합액을 주입할 수 있다. 분무 건조기는 혼합액의공급 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 분무 건조기는 5 ml/min 공급 속도(feeding rate)로 혼합액을 주입할 수 있다.The spray dryer may inject the resulting mixed liquor. The spray dryer can control the feed rate of the mixed liquor. For example, the spray drier can inject the mixed liquor at a 5 ml / min feeding rate.
또한, 분무 건조기는 가스 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 분무 건조기는 가스 유량을 10 내지 100 L/min으로 조절할 수 있다.In addition, the spray dryer can adjust the gas flow rate. For example, the spray drier can adjust the gas flow rate to 10 to 100 L / min.
히터(100)는 주입된 혼합액을 가열할 수 있다. 예를 들어, 히터(100)는 주입된 혼합액을 50℃ 내지 300℃로 가열할 수 있다. 또한, 히터(100)는 분무 건조 장치의 온도를 제어할 수 있다. 히터(100)는 액적(liquid drop)의 크기 "G 젖음성(wettability)을 제어할 수 있다.The
노즐(200)은 주입된 혼합액을 건조 챔버(300)로 분사시킬 수 있다. 노즐(200)은 혼합액의 분사압을 제어함으로써 혼합액 액적의 크기 및 구조를 제어할 수 있다.The
건조 챔버(300)는 분사된 혼합액을 건조할 수 있다. 사이클론(400)은 건조된 혼합액을 수거함으로 이동시킬 수 있다. 샘플 수거함(500)은 건조된 혼합액을 수거할 수 있다. 필터(600)는 피딩 가스(feeding gas)를 배출시킬 수 있다. 흡인기(700)는 피딩 가스를 흡인시키거나 불어넣을 수 있다.The drying
건조된 혼합액을 소결하는 단계는 핫 프레싱(hot pressing) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중에서 선택되는 방법으로 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 건조된 혼합액을 300℃ 내지 500℃의 온도 조건, 10MPa 내지 100MPa의 압력 조건 중 적어도 하나의 조건 하에서 1분 내지 3시간 동안 소결할 수 있다.Sintering the dried mixed solution may include sintering by a method selected from hot pressing and spark plasma sintering. At this time, the dried mixed solution may be sintered for 1 minute to 3 hours under at least one of temperature conditions of 300 ° C to 500 ° C and pressure conditions of 10MPa to 100MPa.
건조된 혼합액을 소결하여 펠릿(pellet)을 형성할 수 있다.The dried mixed solution may be sintered to form pellets.
도 4a는 일 실시예에 따른 복합 열전 재료의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지의 예를 나타내고, 도 4b는 도 4a의 이미지를 확대한 이미지를 나타낸다.4A illustrates an example of a scanning electron microscope (SEM) image of a composite thermoelectric material, and FIG. 4B illustrates an enlarged image of the image of FIG. 4A.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 열전 재료(20)를 탄소 동소체(10)가 둘러싸고 있는 것을 확인할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서 각진 형태를 가지고 있는 것은 열전재료(20)를 나타내고, 천과 같이 늘어진 부분은 탄소 동소체(10)를 나타낸다.4A and 4B, it can be seen that the carbon allotrope 10 surrounds the
도 5a는 성분 분석을 위한 복합 열전 재료의 SEM 이미지의 예를 나타내고, 도 5b는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Te 성분 분석 결과의 예를 나타내고, 도 5c는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Sb 성분 분석 결과의 예를 나타내고, 도 5d는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 Bi 성분 분석 결과의 예를 나타내고, 도 5e는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 C 성분 분석 결과의 예를 나타내고, 도 5f는 도 5a에 도시된 복합 열전 재료에 대한 O 성분 분석 결과의 예를 나타낸다.FIG. 5A shows an example of an SEM image of a composite thermoelectric material for component analysis, FIG. 5B shows an example of a Te component analysis result for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A, and FIG. 5C shows the composite thermoelectric shown in FIG. 5A. An example of the Sb component analysis results for the material is shown, and FIG. 5D shows an example of the Bi component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A, and FIG. 5E is a C component analysis for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A. An example of the results is shown, and FIG. 5F shows an example of O component analysis results for the composite thermoelectric material shown in FIG. 5A.
도 5a 내지 도 5f를 참조하면, 도 5a는 열전 재료(20)의 매트릭스에서, 탄소 동소체(10)가 열전 재료(20)를 둘러 싸고 있음을 알 수 있다. 탄소 동소체(10)의 분포를 명확히 하기 위해서 도 5a의 이미지에 나타난 영역에 대하여 EDS(Energy Dispersive Spectrometer) 분석을 수행할 수 있다.5A to 5F, it can be seen that FIG. 5A shows that the carbon allotrope 10 surrounds the
EDS 분석을 통해 복합 열전 재료를 구성하고 있는 성분의 분포를 확인할 수 있다. 도 5b, 5c 및 5d는 각각 텔루륨(Te), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi)에 대한 분포를 나타낼 수 있다. 도 5b, 5c, 5d로부터 열전 재료(20)의 구성 성분이 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.The EDS analysis shows the distribution of the components that make up the composite thermoelectric material. 5B, 5C, and 5D may show distributions for tellurium (Te), antimony (Sb), and bismuth (Bi), respectively. It can be seen from FIGS. 5B, 5C and 5D that the components of the
도 5e 및 도 5f는 탄소 동소체를 구성하는 탄소(C) 및 산소(O)의 분포를 나타낼 수 있다. 도 5e 및 도 5f로부터 탄소 동소체(10)가 열전 재료(20)의 매트릭스에 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있다.5E and 5F may show distributions of carbon (C) and oxygen (O) constituting the carbon allotrope. It can be seen from FIGS. 5E and 5F that the carbon allotrope 10 is evenly distributed in the matrix of the
도 5b 내지 도 5f의 결합으로부터 탄소 동소체(10)가 열전 재료(20)의 외부에 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있다.It can be seen from the bond of FIGS. 5B to 5F that the carbon allotrope 10 is evenly distributed outside the
도 6은 온도 변화에 따른 복합 열전 재료의 열 전도도 그래프의 예를 나타낸다.6 shows an example of a thermal conductivity graph of a composite thermoelectric material with temperature change.
열전 재료의 성능은 무차원의(dimensionless) 성능 계수 ZT에 의해 결정되는데 ZT는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The performance of the thermoelectric material is determined by the dimensionless coefficient of performance ZT, which can be expressed as Equation (1).
여기서, σ는 전기 전도도를 나타내고, S는 제벡 계수(Seebeck coefficient)를 나타내고, T는 절대온도를 나타내고, k는 열 전도도를 나타낸다. Where s represents electrical conductivity, S represents Seebeck coefficient, T represents absolute temperature, and k represents thermal conductivity.
또한, 파워 팩터 PF는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.In addition, the power factor PF may be defined as in Equation 2.
우수한 열전 재료를 만들기 위해서는 높은 전기 전도도 및 제벡 계수를 가지고, 낮은 열 전도도를 가질 수 있어야 한다. 그러나 열전 재료의 전기 전도도와 제벡 계수가 캐리어 농도와 반비례 관계를 가지기 때문에, 열전 재료의 파워 팩터를 개선시키는 것은 어려울 수 있다.To make a good thermoelectric material, it must be able to have high electrical conductivity and Seebeck coefficient and low thermal conductivity. However, since the electrical conductivity and Seebeck coefficient of the thermoelectric material are inversely related to the carrier concentration, it can be difficult to improve the power factor of the thermoelectric material.
열 전도도(k)는 수학식 3과 같이 격자 열 전도도 klat 및 전자 열전도도 kel의 합으로 결정된다. 전자 열전도도 Kel은 수학식 4와 같이 Wiedemann-Franz 법칙에 의해 계산될 수 있다.Thermal conductivity k is determined by the sum of lattice thermal conductivity k lat and electron thermal conductivity k el , as shown in Equation 3 below. The electronic thermal conductivity K el may be calculated by the Wiedemann-Franz law as shown in Equation 4.
여기서 L은 로렌츠 수(Lorenz number)를 의미한다. Where L is the Lorentz number.
고순도의 Bi(99.999%, 5N Plus), Sb(99.999%, 5N Plus) 및 Te(99.999%, 5N Plus) 그래뉼(granule)을 Bi0 . 5Sb1 . 5Te3의 화학식에 따라 출발 물질로 계량하였다. Te 휘발을 보상하기 위해 과잉의 1 wt% Te를 더 첨가하였다. 원료 물질들을 쿼츠 앰플에 로딩하고 진공 상태에서 밀봉하였다. 앰플을 1373 K에서 4시간 동안 가열하고, 급냉하여 잉곳을 수득하였다.High purity Bi (99.999%, 5N Plus), Sb (99.999%, 5N Plus) and Te (99.999%, 5N Plus) granules were obtained by Bi 0 . 5 Sb 1 . Weighed as starting material according to the chemical formula of 5 Te 3 . An excess of 1 wt% Te was added to compensate for Te volatilization. Raw materials were loaded into quartz ampoules and sealed in vacuo. The ampoule was heated at 1373 K for 4 hours and quenched to yield an ingot.
잉곳을 spex-mill로 1시간 동안 분쇄하였다. 분쇄된 파우더를 water에 stirring을 통해 분산하였고, 1wt%의 산화 그래핀(graphene oxide, graphene-supermarket.com에서 구매)을 Bi0 . 5Sb1 . 5Te3이 분산된 water에 첨가하였다. 추가로 1시간 동안 stirring을 진행하여 혼합액을 제작하였다. Ingots were pulverized with spex-mill for 1 hour. The ground powder was dispersed in water by stirring, and 1 wt% of graphene oxide (graphene oxide, purchased from graphene-supermarket.com) was added to Bi 0 . 5 Sb 1 . 5 Te 3 was added to the dispersed water. Further stirring for 1 hour to prepare a mixed solution.
도 2에 도시된 장치를 이용해, 분무 건조법을 이용하여 균일상, 나노 구조의 GO/BST 혼합물을 수득하였다. 분무 건조법 사용 시 시스템 온도는 200 ℃, 가스 유량은 20L/min, 공급 속도(feeding rate)는 5ml/min으로 진행하였다.Using the apparatus shown in FIG. 2, a homogeneous, nanostructured GO / BST mixture was obtained using spray drying. Using spray drying, the system temperature was 200 ° C., the gas flow rate was 20 L / min, and the feeding rate was 5 ml / min.
도 4a 및 도 4b에서 확인되는 바와 같이, 분무 건조법을 이용해 제조된 열전소재는 그래핀과 BST가 균일하게 혼합되어 있음을 SEM을 통해 알 수 있었다. 제조된 열전소재는 스파크 플라즈마 소결(SPS)을 753 K, 60 MPa에서 3 분 동안 수행하였다. 소결된 펠릿은 12.5 mm의 직경과 10 mm의 높이를 가졌다.As shown in Figure 4a and 4b, the thermoelectric material produced by the spray drying method was found through the SEM that the graphene and BST is uniformly mixed. The prepared thermoelectric material was subjected to spark plasma sintering (SPS) at 753 K, 60 MPa for 3 minutes. The sintered pellets had a diameter of 12.5 mm and a height of 10 mm.
TA instrument의 DLF 1300를 이용한 레이저-플래쉬(laser-flash) 분석을 통해 열 전도도(k)를 측정하였고, 그 결과는 도 6에 정리하였다.Thermal conductivity (k) was measured by laser-flash analysis using DLF 1300 of TA instrument, and the results are summarized in FIG. 6.
복합 열전 재료의 열 전도도가 100 ℃ 이상의 온도에서, 온도가 증가할수록 조금씩 증가하는 것을 알 수 있다. 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료는 25℃에서 0.98 W/mK의 열 전도도를 가지고, 100℃에서 0.99 W/mK의 열 전도도를 갖는다. 이에 비해, 본 개시내용의 Bi0 . 5Sb1 . 5Te3/그래핀 복합 열전 재료는 25℃에서 0.67 W/mK의 열 전도도를 가지고, 100℃에서 0.65 W/mK의 열 전도도를 가진다.It can be seen that the thermal conductivity of the composite thermoelectric material is increased little by little as the temperature increases. Pristine thermoelectric materials without carbon allotropes have a thermal conductivity of 0.98 W / mK at 25 ° C. and a thermal conductivity of 0.99 W / mK at 100 ° C. In comparison, Bi 0 . 5 Sb 1 . The 5 Te 3 / graphene composite thermoelectric material has a thermal conductivity of 0.67 W / mK at 25 ° C. and a thermal conductivity of 0.65 W / mK at 100 ° C.
즉, 본 개시내용의 Bi0 . 5Sb1 . 5Te3/그래핀 복합 열전 재료는 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료에 비해서 30 내지 40 % 낮은 열 전도도를 가짐을 확인할 수 있다. 따라서, 복합 열전 재료는 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료에 비해서 높은 성능계수(ZT)를 가질 수 있다.That is, Bi 0 . 5 Sb 1 . It can be seen that the 5 Te 3 / graphene composite thermoelectric material has a thermal conductivity of 30 to 40% lower than that of the pristine thermoelectric material containing no carbon allotrope. Thus, the composite thermoelectric material may have a higher coefficient of performance (ZT) compared to a pristine thermoelectric material that does not contain a carbon allotrope.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
Claims (20)
상기 열전 재료의 그레인 경계에 분포된 탄소 동소체(allotrope of carbon)
를 포함하는 복합 열전 재료로서,
상기 탄소 동소체는 분무 건조법을 이용하여 상기 열전 재료의 계면에 분산되는 것이고, 상기 탄소 동소체는 그래핀(graphene) 및 탄소 나노 튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 것인,
복합 열전 재료.
A matrix of thermoelectric material; And
Allotropes of carbon distributed at grain boundaries of the thermoelectric material
As a composite thermoelectric material comprising,
The carbon allotrope is to be dispersed at the interface of the thermoelectric material using a spray drying method, the carbon allotrope is selected from graphene (graphene) and carbon nanotube (carbon nanotube),
Composite thermoelectric materials.
상기 탄소 동소체는,
상기 열전 재료의 그레인 경계(grain boundary)에 분산되어 상기 열전 재료를 둘러싸고(encapsulating) 있는
복합 열전 재료.
The method of claim 1,
The carbon allotrope,
Is encapsulating the thermoelectric material and dispersed at a grain boundary of the thermoelectric material
Composite thermoelectric materials.
상기 열전 재료는,
BST(Bi-Sb-Te) 계열, 스쿠테루다이트(skutterudite) 계열, 클라스레이트(clathrate) 계열, 반 허슬러(half-heusler) 계열, 실리사이드(silicide) 계열, 실리콘 게르마늄(SiGe) 계열 및 산화물 계열로 이루어진 군에서 선택되는
복합 열전 재료.
The method of claim 1,
The thermoelectric material is,
Bi-Sb-Te series, skutterudite series, clathrate series, half-heusler series, silicide series, silicon germanium (SiGe) series and oxide series Selected from the group consisting of
Composite thermoelectric materials.
상기 그래핀은,
테이프로 떼어낸 그래핀, CVD(Chemical Vapor Deposition) 성장된 그래핀, 허머스(Hummer's) 방법으로 제조된 그래핀 옥사이드 및 환원된 그래핀 옥사이드(reduced grapheme oxide)를 포함하고,
상기 탄소 나노 튜브는,
단일벽 탄소 나노 튜브, 이중벽 탄소 나노 튜브 및 다중벽 탄소 나노 튜브를 포함하는
복합 열전 재료.
The method of claim 1,
The graphene,
It includes graphene peeled off by tape, chemical vapor deposition (CVD) grown graphene, graphene oxide and reduced grapheme oxide produced by Hummer's method,
The carbon nanotubes,
Containing single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes and multiwall carbon nanotubes
Composite thermoelectric materials.
상기 복합 열전 재료는,
상기 탄소 동소체를 포함하지 않은 프리스틴 열전 재료에 비하여 낮은 열 전도도(thermal conductivity)를 가지는
복합 열전 재료.
The method of claim 1,
The composite thermoelectric material,
Compared to the pristine thermoelectric material not containing the carbon allotrope, the thermal conductivity is low.
Composite thermoelectric materials.
상기 분쇄된(pulverized) 열전 재료를 용매에 분산시켜 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계;
탄소 동소체를 용매에 분산시켜 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계;
상기 열전 재료의 분산액과 탄소 동소체의 분산액을 혼합하여 혼합액을 생성하는 단계; 및
상기 혼합액을 분무 건조하여 열전 재료의 계면에 분포된 탄소 동소체를 포함하는 열전 재료의 매트릭스를 생성하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법으로서,
상기 탄소 동소체는, 그래핀(graphene) 및 탄소 나노 튜브(carbon nanotube) 중에서 선택되는 것인, 복합 열전 재료 제조 방법.
Providing a pulverized thermoelectric material;
Dispersing the pulverized thermoelectric material in a solvent to form a dispersion of thermoelectric material;
Dispersing the carbon allotrope in a solvent to form a dispersion of the carbon allotrope;
Mixing the dispersion of the thermoelectric material and the dispersion of the carbon allotrope to produce a mixture; And
Spray drying the mixture to generate a matrix of thermoelectric materials comprising carbon allotrogen distributed at the interface of the thermoelectric material
As a composite thermoelectric material manufacturing method comprising:
The carbon allotrope is selected from graphene and carbon nanotubes.
상기 분쇄된 열전 재료를 제공하는 단계는,
열전 재료를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Providing the pulverized thermoelectric material,
Synthesizing a thermoelectric material; And
Grinding the synthesized thermoelectric material
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 열전 재료를 합성하는 단계는,
용융 ?칭 방법(melting-quenching method), 기계적 합금 방법(mechanical alloying method) 및 가스 원자화 방법(gas atomization method)으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 상기 열전 재료를 합성하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 8,
Synthesizing the thermoelectric material,
Synthesizing the thermoelectric material by a method selected from the group consisting of a melting-quenching method, a mechanical alloying method, and a gas atomization method
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계는,
볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling), 고에너지 밀링(high energy milling), 제트 밀링(zet milling) 및 막자 사발 분쇄로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 상기 합성된 열전 재료를 분쇄하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 8,
Grinding the synthesized thermoelectric material,
The synthesized thermoelectric material is pulverized by a method selected from the group consisting of ball milling, attrition milling, high energy milling, jet milling and mortar bowl grinding. Steps to
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계는,
물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 분쇄된 열전 재료를 분산시키는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Forming a dispersion of the thermoelectric material,
Dispersing the ground thermoelectric material in a solvent selected from the group consisting of water, ethanol, acetone and ethylene glycol
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 열전 재료의 분산액을 형성하는 단계는,
분산제를 첨가하는 단계
를 더 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 11,
Forming a dispersion of the thermoelectric material,
Adding a dispersant
Composite thermoelectric material manufacturing method further comprising.
상기 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계는,
물, 에탄올, 아세톤 및 에틸렌 글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 용매에 상기 탄소 동소체를 분산시키는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Forming the dispersion of the carbon allotrope,
Dispersing the carbon allotrope in a solvent selected from the group consisting of water, ethanol, acetone and ethylene glycol
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 탄소 동소체의 분산액을 형성하는 단계는,
분산제를 첨가하는 단계
를 더 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 13,
Forming the dispersion of the carbon allotrope,
Adding a dispersant
Composite thermoelectric material manufacturing method further comprising.
상기 혼합액을 생성하는 단계는,
마그네틱 바(magnetic bar) 교반(stirring) 및 소니케이션(sonication) 중에서 선택되는 방법으로 상기 혼합액을 생성하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Generating the mixed solution,
Producing the mixed liquor by a method selected from magnetic bar stirring and sonication
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 열전 재료의 매트릭스를 생성하는 단계는,
상기 혼합액을 분무 건조기에 주입하는 단계;
주입된 혼합액을 가열하는 단계;
가열된 혼합액을 분무 건조시키는 단계; 및
건조된 혼합액을 소결하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Creating a matrix of thermoelectric materials,
Injecting the mixed solution into a spray dryer;
Heating the injected mixed solution;
Spray drying the heated mixture; And
Sintering the dried mixed solution
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 주입하는 단계는,
5 ml/min 공급 속도(feeding rate)로 상기 혼합액을 주입하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 16,
The injecting step,
Injecting the mixed liquor at a 5 ml / min feeding rate
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 가열하는 단계는,
50℃ 내지 300℃로 가열하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 16,
The heating step,
Heating to 50 ° C. to 300 ° C.
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 소결하는 단계는,
핫 프레싱(hot pressing) 및 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering) 중에서 선택되는 방법으로 소결하는 단계
를 포함하는 복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 16,
The sintering step,
Sintering by a method selected from hot pressing and spark plasma sintering
Composite thermoelectric material manufacturing method comprising a.
상기 소결하는 단계는,
300℃ 내지 500℃의 온도 조건, 10MPa 내지 100MPa의 압력 조건 중 적어도 하나의 조건 하에서 1분 내지 3시간 동안 소결하는
복합 열전 재료 제조 방법.
The method of claim 19,
The sintering step,
Sintering for 1 minute to 3 hours under at least one of temperature conditions of 300 ° C to 500 ° C and pressure conditions of 10MPa to 100MPa
Method for manufacturing composite thermoelectric material.
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