KR102114923B1 - 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102114923B1
KR102114923B1 KR1020130070927A KR20130070927A KR102114923B1 KR 102114923 B1 KR102114923 B1 KR 102114923B1 KR 1020130070927 A KR1020130070927 A KR 1020130070927A KR 20130070927 A KR20130070927 A KR 20130070927A KR 102114923 B1 KR102114923 B1 KR 102114923B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
parts
weight
sintered body
thermoelectric material
Prior art date
Application number
KR1020130070927A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140147517A (ko
Inventor
김숙현
김상곤
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020130070927A priority Critical patent/KR102114923B1/ko
Publication of KR20140147517A publication Critical patent/KR20140147517A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102114923B1 publication Critical patent/KR102114923B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며, 탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고, 제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이다.

Description

열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법{PELLET FOR THERMO ELECTRIC LEG AND METHOD OF PRODUCTING THE SAME}
본 실시예는 열전소자에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등이 있다.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있으며, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함한다. 열전 레그를 얻기 위하여, 열전 레그용 소결체를 제조한다. 열전 레그용 소결체는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이와 같이, 잉곳 제조 후 분쇄 및 체거름 공정을 거치는 경우, 공정 단계가 많아 제조 시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 여러 공정을 거치며 불순물이 혼입될 확률이 높아진다. 그리고, 소결 과정을 통하여 입자가 크게 성장하여 열전도도가 높아지며, 이에 따라 열전 소자의 성능을 나타내는 제벡 지수(ZT)에 영향을 줄 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며, 탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고, 제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이다.
상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열전 소재는 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)를 포함할 수 있다.
상기 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법은 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합하는 단계, 상기 열전 소재와 상기 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는 단계, 그리고 상기 열전 레그용 분말을 소결하는 단계를 포함한다.
상기 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태일 수 있다.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함할 수 있다.
상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Se를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공정 단계를 줄일 수 있으며, 이에 따라 소결체 내에 함유된 불순물의 농도를 줄일 수 있다. 또한, 소결체 내에서 입자의 과대 성장을 막아 열전도도를 줄일 수 있으며, 열전 성능을 나타내는 제백 지수를 높일 수 있다.
도 1은 열전소자의 단면도이다.
도 2는 일반적으로 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체이다.
도 5 및 6은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.
도 7 및 8은 비교예 2와 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.
도 9는 입자 성장 억제제의 함량에 따른 열전도도 및 제벡 지수(ZT)에 대한 실험 데이터이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 열전소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 전극(120), 결합부(130), N형 레그(140), P형 레그(150), 결합부(160), 전극(170) 및 상부 기판(180)을 포함한다. 하부 기판(110) 상에 전극(120)이 적층되고, 전극(120) 상에 N형 레그(140) 및 P형 레그(150)가 적층되며, N형 레그(140) 및 P형 레그(150) 상에 전극(170)이 적층되고, 전극(170) 상에 상부 기판(180)이 적층된다.
전극(120, 170)에 리드선을 통하여 직류 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 레그(150)로부터 N형 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 레그(140)로부터 P형 레그(150)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.
본 명세서에서 N형 레그 및 P형 레그를 통칭하여 열전 레그라 한다.
도 2는 일반적으로 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 열전 소재를 열처리하여, 잉곳(ingot)을 제조한다(S200). 열전 소재는 세라믹 소재, 예를 들면 비스무스 텔룰라이드계 소재일 수 있다.
다음으로, 잉곳을 분쇄한다(S210). 잉곳을 분쇄하기 위하여, 예를 들면 슈퍼 믹서(Super Mixer), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등을 이용할 수 있다.
다음으로, 체거름(sieving)을 통하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S220). 열전 레그용 분말은, 예를 들면 마이크로 단위의 입자 크기를 가질 수 있다.
다음으로, 열전 레그용 분말을 소결한다(S230).
소결 과정을 얻어진 소결체를 커팅하여 열전 레그를 제작할 수 있다.
이와 같이, 잉곳 제조, 분쇄, 체거름 및 소결 등의 여러 단계의 공정을 진행하면, 소결체에 불순물이 혼입될 우려가 크다. 본 발명의 실시예에서는, 공정을 간략화하여 순도가 높은 열전 레그용 소결체를 제조하고자 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합한다(S300). 여기서, 열전 소재는 세라믹 소재, 예를 들면 비스무스 텔룰라이드계 소재일 수 있다. 즉, 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태일 수 있다.
P형 레그를 위한 열전 소재는, 예를 들면 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 를 포함할 수 있다. N형 레그를 위한 열전 소재, 예를 들면 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 를 포함할 수 있다.
한편, Bi의 증기 압력은 768℃에서 10Pa이고, Sb의 증기 압력은 738℃에서 100Pa이며, Te의 증기 압력은 769℃에서 104Pa이고, Se의 증기 압력은 685℃에서 105Pa이다. 따라서, 일반적인 용융 온도(600~800℃)에서 Te와 Se의 증기 압력이 높아, 휘발성이 크다. 따라서, 열전 레그 제작 시, Te 및 Se 중 적어도 하나의 휘발을 고려하여 칭량할 수 있다. 즉, Te 및 Se 중 적어도 하나를 1 내지 10 중량부로 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어, P형 레그 제작 시, Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함시킬 수도 있다. 또한, N형 레그 제작 시, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te 및 Se를 더 포함시킬 수도 있다.
그리고, 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입자 성장 억제제는 열전 소재 100중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
다음으로, 열전 소재와 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S310). 여기서, 아토마이징은 진공, Ar, He, N2 등의 비활성 분위기에서 600 내지 800℃로 20분 내지 3시간 동안 열전 소재와 입자 성장 억제제의 혼합물을 녹인 후, 가스 분사 또는 물 분사 시킴으로써 수행될 수 있다. 아토마이징에 의하여 미세한, 예를 들면 마이크로미터 단위의 열전 레그용 분말을 얻을 수 있다.
다음으로, 원하는 입도의 균일한 분말을 얻고자 하는 경우, 체거름을 공정을 더 수행할 수도 있다(S320). 체거름 공정은 필요에 따라 추가되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 필수적인 공정이 아니다.
다음으로, 열전 레그용 분말을 고온 고압 조건에서 소결하여 열전 레그용 소결체를 얻는다(S330). 소결은, 예를 들면 스파크 플라즈마 소결(SPS, Spark Plasma Sintering) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 35 내지 60MPa 조건에서 1 내지 30분간 진행되거나, 핫 프레스(Hot-press) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 180 내지 250MPa 조건에서 1 내지 60분간 진행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 잉곳 제조 및 분쇄 공정이 요구되지 않는다. 이에 따라, 제조 공정이 간단해지며, 불순물이 혼입될 확률이 줄어들게 된다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합함으로써, 고온 고압의 소결 과정에서 입자가 과대 성장하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 열전도도를 낮추어 제벡 지수를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체이다.
도 4를 참조하면, 열전 레그용 소결체(400)는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며, 탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고, 제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이다. 여기서, 열전 소재는 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하며, 입자 성장 억제제는 γ-Al2O3, γ-Y2O3, ZrO2, TiO2, SiO2, BaTiO3, PbTiO3 및 SrTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
<비교예 1>
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였다. 그리고, 비활성 분위기에서 원재료를 녹인 후 냉각시켜 잉곳을 제조하였다. 잉곳을 분쇄하여 10μm 이하의 입자 크기의 분말을 얻은 후, 그라파이트 몰드(Graphite Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.
<비교예 2>
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te 및 Se를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재를 넣고 비활성 분위기에서 열전 소재를 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.
<실시예 1>
비드(bead) 형태의 Bi, Te 및 Se를 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te 및 Se를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재 및 입자 크기가 50nm인 γ-Y2O3(열전 소재 100중량부에 대하여 0.3 중량부)를 넣고 비활성 분위기에서 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.
<실시예 2>
비드(bead) 형태의 Bi, Sb 및 Te를 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)의 조성으로 칭량하였으며, Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 Te를 추가하였다. 아토마이징 장비의 전기로에 열전 소재 및 입자 크기가 50nm인 γ-Y2O3(열전 소재 100중량부에 대하여 0.3 중량부)를 넣고 비활성 분위기에서 녹인 후 분사하여 열전 레그용 분말을 얻었다. 체거름을 통하여 10㎛이하의 입자 크기를 가지는 분말을 분리한 후 몰드(Mold)에 담아 SPS 장비로 소결하였다.
표 1은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 불순물 농도를 분석한 결과이고, 표 2는 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 입도를 분석한 결과이며, 도 5 및 6은 비교예 1과 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이고, 도 7 및 8은 비교예 2와 실시예 1의 소결체에 포함된 분말의 형태를 각각 나타내는 SEM이다.
불순물(wt%) 비교예 1 실시예 1
C 0.0051 0.0055
O 0.180 0.033
N 0.012 0.001
입도(㎛) 비교예 1 실시예 1
D10 3.1 2.3
D50 6.1 4.9
D90 18.7 12.6
Dmax 37.0 37.0
표 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 잉곳 제조 및 분쇄 공정 없이 아토마이징으로 열전 레그용 분말을 직접 얻은 경우, 소결체에 포함된 탄소, 산소 및 질소 등의 불순물 농도가 현저하게 낮아짐을 알 수 있다.
도 5 내지 8 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 열전 소재에 입자 성장 억제제를 포함시키는 경우, 소결체에 포함된 분말의 입도를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있다. 소결체에 포함된 분말의 입도는 열전 소자의 열전도도 및 제벡 지수에 영향을 미칠 수 있다.
제벡 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있으며, 표 3 및 도 9는 입자 성장 억제제의 함량에 따른 열전도도 및 제벡 지수(ZT)에 대한 실험 데이터이다. 이를 위하여, 입자 성장 억제제의 함량만 달리하고 다른 조건은 실시예 1과 동일하게 설정하여 실험하였다. 그리고, 상온에서 Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하였으며, 이를 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산하였다.
Figure 112013055044017-pat00001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
입자 성장 억제제의 함량(wt%) 열전도도(W/mK) ZT
0 1.59 0.50
0.2 1.47 0.66
0.4 1.31 0.71
0.6 1.24 0.65
0.8 1.15 0.53
1.0 1.10 0.51
1.2 1.04 0.49
표 3 및 도 9를 참조하면, 열전 소재에 입자 성장 억제제를 첨가하면, 소결 과정에서 입자의 과대 성장을 막아 열전도도를 낮출 수 있으며, 이에 따라 열전 소자의 성능을 나타내는 제백 지수를 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 열전소자
110, 180: 기판
120, 170: 전극
140, 150: 열전 레그
400: 열전 레그용 소결체

Claims (9)

  1. Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소재 및 입자 성장 억제제를 포함하며,
    탄소가 0.006 중량부 이하, 산소가 0.05 중량부 이하, 질소가 0.01 중량부 이하로 함유되고,
    제벡 지수(ZT)가 0.6 이상이고,
    상기 입자 성장 억제제는 Y2O3를 포함하며,
    상기 Y2O3는 상기 열전 소재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함되는 열전 레그용 소결체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Y2O3는 상기 열전 소재 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.6 중량부로 포함되는 열전 레그용 소결체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전 소재는 Bi2 -xSbxTe3(1.2<x<1.8)를 포함하는 열전 레그용 소결체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전 소재는 Bi2Te3 -ySey(0.1<y<0.4)를 포함하는 열전 레그용 소결체.
  5. 열전 레그용 소결체의 제조 방법에 있어서,
    Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나를 포함하는 열전 소재와 입자 성장 억제제를 혼합하는 단계,
    상기 열전 소재와 상기 입자 성장 억제제의 혼합물을 아토마이징(Automizing)하여 열전 레그용 분말을 얻는 단계, 그리고
    상기 열전 레그용 분말을 소결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 입자 성장 억제제는 Y2O3를 포함하며,
    상기 Y2O3는 상기 열전 소재 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 포함되는 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 Y2O3는 상기 열전 소재 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.6 중량부로 포함되는 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 Bi, Sb, Te 및 Se 중 적어도 하나는 비드 형태인 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Te를 더 포함하는 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 열전 소재는 1 내지 10 중량부의 Se를 더 포함하는 제조 방법.
KR1020130070927A 2013-06-20 2013-06-20 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법 KR102114923B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130070927A KR102114923B1 (ko) 2013-06-20 2013-06-20 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130070927A KR102114923B1 (ko) 2013-06-20 2013-06-20 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140147517A KR20140147517A (ko) 2014-12-30
KR102114923B1 true KR102114923B1 (ko) 2020-05-25

Family

ID=52676284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130070927A KR102114923B1 (ko) 2013-06-20 2013-06-20 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102114923B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2017082042A1 (ja) * 2015-11-12 2018-08-30 株式会社村田製作所 熱電変換素子
KR101927589B1 (ko) * 2016-08-24 2018-12-11 공주대학교 산학협력단 수분사 공정을 이용한 열전재료의 제조 방법
KR102621179B1 (ko) * 2017-01-09 2024-01-05 엘지이노텍 주식회사 열전소재 및 이를 포함하는 열전소자와 열전모듈
KR102234203B1 (ko) * 2019-11-07 2021-03-31 공주대학교 산학협력단 열전소자용 합금 및 이의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118355A (ja) * 2011-12-01 2013-06-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc ナノ粒子を含む三成分熱電材料及びその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118355A (ja) * 2011-12-01 2013-06-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc ナノ粒子を含む三成分熱電材料及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140147517A (ko) 2014-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8628680B2 (en) Reduced oxides having large thermoelectric ZT values
KR102114923B1 (ko) 열전 레그용 소결체 및 그의 제조 방법
KR102059674B1 (ko) P형 스커테루다이트 열전재료, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 열전 소자
US10002999B2 (en) Thermoelectric materials and their manufacturing method
KR101673315B1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
US9761777B2 (en) Thermoelectric materials
KR20140065721A (ko) 열전재료, 이를 포함하는 열전소자 및 열전장치, 및 이의 제조방법
KR102032194B1 (ko) 복합 열전 재료 및 이의 제조 방법
US9076567B2 (en) Reduced oxides having large thermoelectric ZT values
US9761778B2 (en) Method for manufacturing thermoelectric materials
TWI535080B (zh) 熱電材料
JP6865951B2 (ja) ｐ型熱電半導体、その製造方法及びそれを用いた熱電発電素子
KR102176471B1 (ko) 열전소자용 열전재료
KR101559942B1 (ko) 칼슘-바나듐계 페롭스카이트 단일상 합성에 의한 열전물성과 전기전도도 향상방법
KR102490302B1 (ko) 열전 레그용 소결체 및 이를 포함하는 열전 소자
TWI536621B (zh) 熱電材料之製法
KR20150090396A (ko) 열전소자용 열전재료
KR20160118599A (ko) 열전소자용 열전재료 조성물 및 이를 포함한 열전소자
KR102158328B1 (ko) 열전 재료 및 이를 포함하는 열전 소자
KR101627104B1 (ko) 열전재료 및 그 제조방법
JP2010232554A (ja) 熱電変換材料の製造方法
TWI588087B (zh) 熱電材料
KR102114924B1 (ko) 열전 레그용 소결체, 열전 소자 및 그의 제조 방법
KR102336650B1 (ko) 복합체형 열전소재 및 이의 제조방법
KR20120130007A (ko) 열전 물질, 그 제조 방법 및 이를 포함한 열전 장치

Legal Events

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