KR102140147B1 - Heterogeneous laminate comprising graphene, preparing method thereof, thermoelectric material, thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising same - Google Patents

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Abstract

그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체 및 그 제조방법이 제공된다. 또한 상기 복합 적층체를 포함하는 열전재료, 이를 포함한 열전소자, 상기 열전소자를 구비하는 열전 모듈 및 이를 구비한 열전장치를 제공한다.A composite laminate comprising graphene and a thermoelectric inorganic material, which is a self-assembled structure in which ionic bonds are formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material, and a method for manufacturing the same are provided. In addition, it provides a thermoelectric material including the composite laminate, a thermoelectric device including the same, a thermoelectric module including the thermoelectric device, and a thermoelectric device including the same.

Figure R1020130017654
Figure R1020130017654

Description

그래핀 함유 복합 적층체, 그 제조방법, 이를 포함하는 열전재료 및 열전모듈과 열전 장치{Heterogeneous laminate comprising graphene, preparing method thereof, thermoelectric material, thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention Heterogeneous laminate comprising graphene, preparing method thereof, thermoelectric material, thermoelectric module and thermoelectric apparatus comprising same}

그래핀 함유 복합 적층체, 그 제조방법, 이를 포함하는 열전재료, 열전모듈과 열전 장치가 제시된다. A graphene-containing composite laminate, a method of manufacturing the same, a thermoelectric material including the same, a thermoelectric module and a thermoelectric device are presented.

열전현상은 열과 전기 사이의 가역적, 직접적인 에너지 변환을 의미하며, 재료 내부에서 발생된 온도구배에 의한 전자(electron) 혹은 정공(홀, hole)의 확산이동으로 인해 전류의 흐름 혹은 전압이 발생하는 현상이다. 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도 차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용하는 제벡효과(Seebeck effect)로 구분된다.Thermoelectric phenomenon refers to the reversible and direct energy conversion between heat and electricity, and a phenomenon in which current flow or voltage occurs due to diffusion movement of electrons or holes due to temperature gradients generated inside the material. to be. The Peltier effect applied to the cooling field by using the temperature difference at both ends formed by the current applied from the outside and the Seebeck effect applied to the power generation field by using the electromotive force generated from the temperature difference between both ends of the material. It is distinguished.

상기 열전재료는 수동형 냉각시스템으로 발열문제 해결이 어려운 반도체 장비 및 전자기기의 능동형 냉각 시스템으로 적용되고 있으며, 기존의 냉매가스 압축방식의 시스템으로는 해결 불가능한 냉각 응용 분야에서의 수요가 확대되고 있다. 열전냉각은 환경문제를 유발하는 냉매가스를 사용하지 않는 무진동, 저소음의 친환경 냉각기술이며, 고효율의 열전냉각재료 개발로 열전냉각효율을 향상시키면 냉장고, 에어컨 등 범용냉각 분야에까지 응용의 폭을 확대할 수 있다. The thermoelectric material is a passive cooling system and is being applied as an active cooling system for semiconductor equipment and electronic equipment, which is difficult to solve the heat generation problem, and demand in cooling applications that cannot be solved with a conventional refrigerant gas compression system is increasing. Thermoelectric cooling is a vibration-free, low-noise, eco-friendly cooling technology that does not use refrigerant gases that cause environmental problems.If the thermoelectric cooling efficiency is improved by developing high-efficiency thermoelectric cooling materials, it will expand its application to general-purpose cooling fields such as refrigerators and air conditioners. I can.

또한 자동차 엔진부, 산업용 공장 등에서 열이 방출되는 부분에 열전발전재료를 적용하면 재료 양단에 발생하는 온도 차에 의한 발전이 가능하여 신재생 에너지원의 하나로 주목받고 있다.In addition, when thermoelectric power generation materials are applied to parts where heat is emitted from automobile engines and industrial plants, power generation is possible due to the temperature difference occurring at both ends of the material, and thus it is attracting attention as one of the renewable energy sources.

한 측면은 열전변환효율이 개선된 그래핀 및 열전무기물을 함유하는 복합 적층체를 제공하는 것이다.One aspect is to provide a composite laminate containing graphene and a thermoelectric inorganic material with improved thermoelectric conversion efficiency.

다른 측면은 상기 복합 적층체를 포함하는 열전재료를 제공한다.Another aspect provides a thermoelectric material including the composite laminate.

또 다른 측면은 상기 열전재료를 포함한 열전소자를 제공한다.Another aspect provides a thermoelectric device including the thermoelectric material.

또 다른 측면은 상기 열전소자를 구비하는 열전 모듈을 제공한다.Another aspect provides a thermoelectric module including the thermoelectric element.

또 다른 측면은 상기 열전모듈을 구비하는 열전장치를 제공한다.Another aspect provides a thermoelectric device including the thermoelectric module.

또 다른 측면은 상기 복합 적층체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect is to provide a method of manufacturing the composite laminate.

한 측면에 따라 그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체가 제공된다.According to one aspect, there is provided a composite laminate comprising graphene and a thermoelectric inorganic material, which is a self-assembled structure in which ionic bonds are formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.

다른 측면에 따라 복합 적층체를 포함하는 열전재료가 제공된다.According to another aspect, a thermoelectric material including a composite laminate is provided.

또 다른 측면에 따라 상기 열전재료를 포함하는 열전소자가 제공된다.According to another aspect, a thermoelectric device including the thermoelectric material is provided.

또 다른 측면에 따라 제1 전극; According to another aspect, a first electrode;

제2 전극; 및A second electrode; And

상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 개재되며, 상기 열전소자를 포함하는 열전모듈이 제공된다.A thermoelectric module is provided that is interposed between the first electrode and the second electrode and includes the thermoelectric element.

또 다른 측면에 따라 열 공급원; 및Heat source according to another aspect; And

상기 열 공급원으로부터 열을 흡수하는 열전소자;A thermoelectric element absorbing heat from the heat source;

상기 열전소자와 접촉하도록 배치된 제1 전극; 및A first electrode disposed to contact the thermoelectric element; And

상기 제1 전극과 대 향하도록 배치되며, 상기 열전소자와 접촉하는 제2 전극;을 구비하는 열전모듈;을 구비하며,A thermoelectric module disposed to face the first electrode and having a second electrode in contact with the thermoelectric element; and

상기 열전소자가 상술한 열전재료를 포함하는 것인 열전장치가 제공된다.A thermoelectric device is provided in which the thermoelectric element includes the thermoelectric material described above.

또 다른 측면에 따라 그래핀과 제1이온성 계면 활성제를 혼합하여 그래핀 함유 혼합물을 얻는 단계;According to another aspect, mixing graphene and a first ionic surfactant to obtain a graphene-containing mixture;

i) 열전 무기물과, 상기 제1이온성 계면활성제와 상이한 극성을 갖는 i) a thermoelectric inorganic material and having a polarity different from that of the first ionic surfactant

제2이온성 계면활성제와 혼합하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻거나 또는 ii) 할로겐간 화합물이 도핑된 열전 무기물을 이용하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻는 단계; 및Mixing with a second ionic surfactant to obtain a mixture containing a thermoelectric inorganic substance or ii) obtaining a mixture containing a thermoelectric inorganic substance using a thermoelectric inorganic substance doped with an interhalogen compound; And

상기 그래핀 함유 혼합물과 열전무기물 함유 혼합물을 혼합하여 반응시키는 단계;를 포함하여,Including, mixing and reacting the graphene-containing mixture and the thermoelectric-inorganic-containing mixture

그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체를 얻는 복합 적층체의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a composite laminate comprising graphene and a thermoelectric inorganic material, and obtaining a self-assembled structure in which an ionic bond is formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.

상기 그래핀 함유 혼합물을 얻는 단계, 상기 열전무기물 함유 혼합물을 얻는 단계; 상기 그래핀 함유 혼합물과 상기 열전무기물 함유 혼합물을 혼합하는 단계 중에서 선택된 하나 이상의 단계를 실시할 때, 초음파를 인가할 수 있다.Obtaining the graphene-containing mixture, obtaining the thermoelectric inorganic substance-containing mixture; When performing one or more steps selected from the steps of mixing the graphene-containing mixture and the thermoelectric-inorganic-containing mixture, ultrasonic waves may be applied.

또 다른 측면에 따라 그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀에 제1이온성 계면활성제가 결합되어 있고,According to another aspect, including graphene and a thermoelectric inorganic material, a first ionic surfactant is bonded to the graphene,

상기 열전무기물에는 상기 제1이온성 계면활성제와 상이한 극성을 갖는 제2이온성 계면활성제가 결합되어 있거나 또는 할로겐간 화합물이 도핑되며,The thermoelectric inorganic material is bound with a second ionic surfactant having a polarity different from the first ionic surfactant or doped with an interhalogen compound,

상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체가 제공된다.A composite laminate is provided that is a self-assembled structure in which an ionic bond is formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.

일 구현예들에 따른 열전재료는 제벡계수 및 전기전도도의 증가에 따라 개선된 열전변환효율을 나타낼 수 있다. 상기 열전재료를 포함하는 열전소자, 열전모듈 및 열전장치는 무냉매 냉장고, 에어컨 등의 범용 냉각기기, 폐열발전, 군사 항공 우주용 열전 핵 발전, 마이크로 냉각 시스템 등에 유용하게 사용할 수 있다. The thermoelectric material according to exemplary embodiments may exhibit improved thermoelectric conversion efficiency as the Seebeck coefficient and electrical conductivity increase. Thermoelectric devices, thermoelectric modules, and thermoelectric devices including the thermoelectric material may be usefully used in general-purpose cooling devices such as refrigerant-free refrigerators and air conditioners, waste heat power generation, thermoelectric nuclear power generation for military aerospace, and micro cooling systems.

도 1은 일구현예에 따른 복합 적층체의 개략도를 나타낸다.
도 2는 일구현예에 따른 복합 적층체의 형성과정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 일구현예에 따른 열전모듈의 개략도를 나타낸다.
도 4a은 펠티어 효과에 의한 열전냉각을 나타내는 개략도이다.
도 4b는 제벡효과에 의한 열전발전을 나타내는 개략도이다.
도 5a는 제조예 6에 따라 제조된 Sb2Te3 나노플레이트(nanoplate)의 XRD(X-ray diffraction) 분석을 나타낸 것이다.
도 5b는 평가예 1에 따른 시료 1 내지 3 및 Raw Sb2Te3의 XRD(X-ray diffraction) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6a는 제조예 6에 따라 얻어진 Sb2Te3 나노플레이트의 전자주사현미경 사진이다.
도 6b는 실시예 2에 따라 얻어진 복합 적층체의 전자주사현미경 사진이다.
도 6c는 실시예 1에 따라 얻어진 복합 적층체의 전자주사현미경 사진이다.
도 6d는 비교예 1의 그래핀/Sb2Te3 블랜드의 SEM(Scanning Election Microscopy) 사진이다.
도 7은 제조예 6 에서 얻어진 복합 적층체에 대하여 HRTEM/SAED (High-resolution transmission electron microscopy)/SAED(selected area electron diffraction) 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 제조예 6에서 얻어진 Sb2Te3 나노플레이트(nanoplate)의 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 9는 상기 실시예 1에서 얻어진 복합 적층체의 제타포텐셜을 나타낸 도면이다.
도 10은 스파크 플라즈마 소결 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
1 shows a schematic diagram of a composite laminate according to an embodiment.
2 is a schematic diagram showing a process of forming a composite laminate according to an embodiment.
3 is a schematic diagram of a thermoelectric module according to an embodiment.
4A is a schematic diagram showing thermoelectric cooling by the Peltier effect.
4B is a schematic diagram showing thermoelectric power generation by the Seebeck effect.
5A shows an XRD (X-ray diffraction) analysis of the Sb 2 Te 3 nanoplate prepared according to Preparation Example 6. FIG.
5B shows the results of XRD (X-ray diffraction) analysis of Samples 1 to 3 and Raw Sb 2 Te 3 according to Evaluation Example 1. FIG.
6A is an electron scanning microscope photograph of the Sb 2 Te 3 nanoplate obtained according to Preparation Example 6. FIG.
6B is an electron scanning microscope photograph of a composite laminate obtained according to Example 2. FIG.
6C is an electron scanning microscope photograph of the composite laminate obtained in Example 1. FIG.
6D is a SEM (Scanning Election Microscopy) photograph of the graphene/Sb 2 Te 3 blend of Comparative Example 1.
7 is a view showing the results of HRTEM/SAED (High-resolution transmission electron microscopy)/SAED (selected area electron diffraction) analysis of the composite laminate obtained in Preparation Example 6. FIG.
8 shows a Raman spectrum of the Sb 2 Te 3 nanoplate obtained in Preparation Example 6.
9 is a diagram showing the zeta potential of the composite laminate obtained in Example 1. FIG.
10 is a schematic view schematically showing the structure of a spark plasma sintering apparatus.

이하, 일구현예에 따른 그래핀 함유 복합 적층체, 그 제조방법, 이를 포함하는 열전재료 및 열전모듈과 열전 장치에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a graphene-containing composite laminate, a method of manufacturing the same, a thermoelectric material including the same, a thermoelectric module, and a thermoelectric device according to an exemplary embodiment will be described.

일구현예에 따른 복합 적층체는, 그래핀 및 열전무기물을 포함하며 상기 그래핀과 열전무기물 사이에는 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체이다. The composite laminate according to an embodiment includes graphene and a thermoelectric inorganic material, and is a self-assembled structure in which ionic bonds are formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.

다른 일구현예에 따르면, 상기 그래핀에 제1이온성 계면활성제가 결합되어 있고, 상기 열전무기물에는 상기 제1이온성 계면활성제와 상이한 극성을 갖는 제2이온성 계면활성제가 결합되어 있거나 또는 할로겐간 화합물이 도핑되며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체를 제공한다.According to another embodiment, a first ionic surfactant is bonded to the graphene, and a second ionic surfactant having a polarity different from that of the first ionic surfactant is bonded to the thermoelectric inorganic material, or a halogen It provides a composite laminate that is a self-assembled structure doped with a liver compound and an ionic bond formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.

상기 이온 결합은 예를 들어 정전기적 인력을 말한다.The ionic bond refers to, for example, an electrostatic attraction.

상기 복합 적층체에서 그래핀과 열전무기물은 서로 반대 극성의 표면 전하를 띠며 이들간의 정전기적 인력에 의하여 두 물질이 서로 결합된다. 이와 같이 정전기적 인력에 의하여 그래핀과 열전무기물이 결합하여 얻어진 이종결합체는 기존의 열전무기물을 이용한 경우와 비교하여 향상된 열전변화효율을 나타낸다.In the composite laminate, the graphene and the thermoelectric inorganic material have surface charges of opposite polarities, and the two materials are bonded to each other by an electrostatic attraction between them. In this way, the heterogeneous composite obtained by combining graphene and a thermoelectric inorganic material by electrostatic attraction exhibits improved thermoelectric change efficiency compared to the case of using a conventional thermoelectric inorganic material.

일구현예에 따른 열전재료는 그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체를 포함한다. 이와 같은 복합 적층체는 평면 구조를 갖는 그래핀 상에 열전무기물, 예를 들어 박막의 형태를 갖는 열전무기물을 형성하여 얻어질 수 있다. 이와 같은 적층체는 그래핀과 열전무기물을 번갈아 적층함으로써 다층 구조의 적층체를 형성할 수 있다. 다층 구조의 적층체를 도 1에 도시한 바, 그래핀(1) 및 열전무기물(2)이 3회 반복되어 적층되어 있음을 알 수 있다. 상기 그래핀(1)과 열전무기물(2)의 적층은 예를 들어 1회 내지 100회 반복하여 적층하는 것이 가능하다.The thermoelectric material according to an embodiment includes graphene and a thermoelectric inorganic material, and includes a composite laminate that is a self-assembled structure in which ionic bonds are formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material. Such a composite laminate can be obtained by forming a thermoelectric inorganic material, for example, a thermoelectric inorganic material in the form of a thin film on graphene having a planar structure. Such a laminate can form a multi-layered laminate by alternately laminating graphene and a thermoelectric inorganic material. 1, it can be seen that the graphene 1 and the thermoelectric inorganic material 2 are repeatedly stacked three times. The graphene 1 and the thermoelectric inorganic material 2 may be stacked repeatedly, for example, 1 to 100 times.

상기 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체는 서로 다른 표면전하를 갖는 그래핀과 열전무기물에 의한 자기조립을 이용하여 제조된다. The stacked composite of graphene and thermoelectric inorganic material is prepared by self-assembly of graphene and thermoelectric inorganic material having different surface charges.

도 2는 일구현예에 따른 적층 복합체의 구조를 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing the structure of a laminated composite according to an embodiment.

이를 참조하면, 판상 적층체 형태를 갖는 그래핀과 열전무기물인 Sb2Te3의 표Referring to this, the table of graphene in the form of a plate-like laminate and Sb 2 Te 3 which is a thermoelectric inorganic material

면 전하가 양 또는 음이온을 갖도록 처리하여 상기 그래핀과 열전무기물이 반대의 극성을 갖는 표면전하를 갖게 되면 이들 사이에 이온결합인 정전기적 인력이 작용하여 자기 조립 구조체를 형성함으로써 일구현예에 따른 적층 복합체가 완성된다.If the surface charge is treated to have positive or negative ions and the graphene and the thermoelectric inorganic material have surface charges with opposite polarities, electrostatic attraction, which is an ionic bond, acts between them to form a self-assembled structure. The laminated composite is completed.

상기 그래핀의 표면전하는 이온성 계면활성제를 이용하여 제어할 수 있고 상기 열전무기물의 표면전하는 이온성 계면활성제 또는 할로겐간 화합물을 이용하여 조절 가능하다.The surface charge of the graphene can be controlled using an ionic surfactant, and the surface charge of the thermoelectric inorganic material can be controlled using an ionic surfactant or an interhalogen compound.

상기 복합 적층체에서 열전무기물은 단결정 구조체 형태를 갖는다.In the composite laminate, the thermoelectric inorganic material has a single crystal structure.

상기 열전무기물은 예를 들어 육방정계 결정계의 수평축 길이가 0.01 내지10 μm이고 두께가 1 내지 100nm인 입자이다.The thermoelectric inorganic material is, for example, a particle having a horizontal axis length of 0.01 to 10 μm and a thickness of 1 to 100 nm of a hexagonal crystal system.

상기 열전무기물은 당업계에서 사용 가능한 물질이라면 제한 없이 사용할 The thermoelectric inorganic material can be used without limitation as long as it is a material available in the art.

수 있으며, 예를 들어 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 사용할 수 있다.For example, at least one element selected from the group consisting of a transition metal, a rare earth element, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, and a group 16 element may be used.

상기 희토류 원소로서는 Y, Ce, La 등을 사용할 수 있으며, 상기 전이금속으로서는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Re 중 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 13족 원소로서는 B, Al, Ga, In 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 14족 원소로서는 C, Si, Ge, Sn, Pb 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 15족 원소로서는 P, As, Sb, Bi 중 하나 이상을 사용할 수 있고, 상기 16족 원소로서는 S, Se, Te 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 원소들 중에서 2 이상의 원소를 포함하는 열전무기물을 하나 이상 사용할 수 있다. Y, Ce, La, etc. may be used as the rare earth elements, and Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag , One or more of Re may be used, one or more of B, Al, Ga, In may be used as the group 13 element, and one or more of C, Si, Ge, Sn, and Pb may be used as the group 14 element. In addition, one or more of P, As, Sb, and Bi may be used as the group 15 element, and one or more of S, Se, and Te may be used as the group 16 element. For example, among the above elements, one or more thermoelectric inorganic materials including two or more elements may be used.

이와 같은 원소를 포함하는 열전무기물의 예로서는 Bi-Te계, Bi-Se계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Bi-Sb-Te계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계 등의 열전무기물을 사용할 수 있다. 이들 열전무기물들은 상기 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 도펀트로서 포함하여 전기적 특성 등을 개선하는 것이 가능하다.Examples of thermoelectric inorganic substances containing such elements include Bi-Te, Bi-Se, Co-Sb, Pb-Te, Ge-Tb, Si-Ge, Bi-Sb-Te, Sb-Te Thermoelectric inorganic materials, such as system, Sm-Co system, and transition metal silicide system, can be used. These thermoelectric inorganic materials may include one or more elements selected from the group consisting of the transition metal, rare earth element, group 13 element, group 14 element, group 15 element, and group 16 element as a dopant to improve electrical properties.

Bi-Te계 열전무기물로서는 Bi2Te3 또는 Sb 및 Se가 도펀트로서 사용된 (Bi,Sb)2(Te,Se)3계 열전무기물을 예시할 수 있으며, Bi-Se계 열전 무기물로는 Bi2Se3 등을 예시할 수 있다.Bi-Te-based thermoelectric inorganic materials may include (Bi,Sb) 2 (Te, Se) 3 -series thermoelectric inorganic materials in which Bi 2 Te 3 or Sb and Se are used as dopants, and Bi-Se thermoelectric inorganic materials are Bi 2 Se 3 Etc. can be illustrated.

Co-Sb계 열전무기물로서는 CoSb3계 열전무기물을 예시할 수 있으며, Sb-Te계 열전무기물로서는 Sb2Te3, AgSbTe2, CuSbTe2를 예시할 수 있고, Pb-Te계 열전무기물로서는 PbTe, (PbTe)mAgSbTe2 등을 예시할 수 있다.As the Co-Sb-based thermoelectric inorganic material, a CoSb 3- based thermoelectric inorganic material may be exemplified, and as the Sb-Te-based thermoelectric inorganic material, Sb 2 Te 3 , AgSbTe 2 , and CuSbTe 2 may be exemplified, and PbTe, (PbTe) m AgSbTe 2 etc. can be illustrated.

예를 들어 Bi2Te3, Sb2Te3 및 Bi2Se3 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다.For example, at least one selected from Bi 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 and Bi 2 Se 3 may be mentioned.

상기 열전무기물은 박막 구조를 갖는다. 상기 박막의 두께는 1 내지 100nm 이다. The thermoelectric inorganic material has a thin film structure. The thickness of the thin film is 1 to 100 nm.

상기 열전무기물이 단결정 구조체라는 것은 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy)-SAED(selected area electron diffraction) 분석을 통하여 확인 가능하다. 구체적으로 SAED를 통하여 열전무기물이 결정화도가 높은 단결정(well crystallized single crystal)임을 알 수 있다. That the thermoelectric inorganic material is a single crystal structure can be confirmed through high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM)-selected area electron diffraction (SAED) analysis. Specifically, it can be seen that the thermoelectric inorganic material is a well crystallized single crystal through SAED.

상기 열전무기물이 Sb2Te3인 경우, HRTEM을 통하여 평면 간격(plane spacing)이 0.19 내지 0.23nm, 예를 들어 0.21nm으로 나타났는데 이는 Sb2Te3의 (110) 격자면(lattice plane)에 대응된다.When the thermoelectric inorganic material is Sb 2 Te 3 , the plane spacing is 0.19 to 0.23 nm, for example, 0.21 nm through HRTEM, which is on the (110) lattice plane of Sb 2 Te 3 Corresponds.

상기 열전무기물이 Sb2Te3인 경우, 이 화합물의 라만 분석 스펙트럼에When the thermoelectric inorganic substance is Sb 2 Te 3 , the Raman analysis spectrum of this compound

서 90±1, 119.8±0.8, 139.6±1, 251.3±0.3, 450±1 cm-1에서 피크를 나타내며, 상기 피크는 Sb2Te3 박막과 관련된 피크로서 얇은 판상 구조라는 것을 알 수 있다. 예를 들어 119.8±0.8, 251.3±0.3, 450±1 cm-1 피크는 반도체 특성과 관련된 피크이며, 상기 119±0.8cm-1에서 나타나는 피크(피크A)와 251.3±0.3 cm - 1 에서 나타나는 피크(피크B)의 세기비(피크A/피크B)는 2.5 내지 2.9, 예를 들어 약 2.8이다. At 90±1, 119.8±0.8, 139.6±1, 251.3±0.3, and 450±1 cm -1 , the peaks were shown, and the peaks were related to the Sb 2 Te 3 thin film, indicating a thin plate structure. For example, 119.8 ± 0.8, 251.3 ± 0.3, 450 ± 1 cm -1 peak is a peak associated with semiconductor characteristics, a peak (peak A) and 251.3 ± 0.3 cm appearing in the 119 ± 0.8cm -1 - peak appearing at 1 The intensity ratio of (Peak B) (Peak A/Peak B) is 2.5 to 2.9, for example about 2.8.

상술한 바와 같은 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체는 얇은 판상 구조로서The stacked composite of graphene and thermoelectric inorganic as described above is a thin plate-shaped structure.

개선 계면의 포논 산란에 의한 열전도도가 감소되고 넓은 면적으로 전하 이동도Thermal conductivity due to phonon scattering at the improved interface is reduced and charge mobility over a large area

를 증가시켜 높은 전기전도도를 얻을 수 있다. 따라서 개선된 열전 성능을 가지므High electrical conductivity can be obtained by increasing. Therefore, it has improved thermoelectric performance

로 열전소자, 열전모듈, 또는 열전장치 등에 유용하게 사용할 수 있다.It can be usefully used for thermoelectric devices, thermoelectric modules, or thermoelectric devices.

상기 복합 적층체를 구성하는 그래핀은 높은 전도도와 이동도를 갖는 물질로서 이를 열전무기물에 적용시켜 적층체를 형성할 경우, 그래핀의 우수한 전기적 성질로 인해 상기 열전무기물의 열전 성능을 개선하게 된다.Graphene constituting the composite laminate is a material having high conductivity and mobility, and when the laminate is formed by applying it to a thermoelectric inorganic material, the thermoelectric performance of the thermoelectric inorganic material is improved due to the excellent electrical properties of graphene. .

열전재료의 성능은 무차원 성능지수(dimensionless figure of merit)로 통칭되는 하기 수학식 1의 ZT값을 사용한다. The performance of the thermoelectric material uses the ZT value of Equation 1 below, which is collectively referred to as a dimensionless figure of merit.

<수학식 1> <Equation 1>

ZT = (S2σT) / kZT = (S 2 σT) / k

식 중, ZT는 figure of merit, S는 제벡계수, σ는 전기전도도, T는 절대온도, κ는 열전도도를 나타낸다.In the formula, ZT is the figure of merit, S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, and κ is the thermal conductivity.

상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 열전재료의 ZT값을 증가시키기 위해서는 제벡계수와 전기전도도, 즉 파워팩터(S2σ)는 증가시키고 열전도도는 감소시켜야 한다.As shown in Equation 1, in order to increase the ZT value of the thermoelectric material, the Seebeck coefficient and electrical conductivity, that is, the power factor (S 2 σ) must be increased and the thermal conductivity must be decreased.

그래핀은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결된 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서 전하이동도가 우수하여 뛰어난 전기적 성질을 갖는다. 열전도 특성의 경우, 그래핀의 out-of-plane 방향(그래핀의 평면구조에 수직인 방향)에서는 산란으로 인해 포논의 이동이 차단되어 그 열전도 특성이 in-plane 방향(그래핀의 평면구조내)보다 저하될 수 있다. 따라서 이와 같은 in-plane 또는 out-of-plane 그래핀의 특성을 열전재료에 적용할 경우 높은 전기전도도와 낮은 열전도도를 구현하게 되므로 열전재료의 성능을 개선하게 될 수 있다.Graphene is a material that forms a honeycomb-shaped two-dimensional planar structure in which carbon is connected to each other in a hexagonal shape, and has excellent electrical properties due to excellent charge mobility. In the case of heat conduction characteristics, in the out-of-plane direction of graphene (direction perpendicular to the planar structure of graphene), the movement of the phonon is blocked due to scattering, so that the heat conduction characteristic is in the in-plane direction (within the ) Can be lowered. Therefore, when the properties of in-plane or out-of-plane graphene are applied to a thermoelectric material, high electrical conductivity and low thermal conductivity are realized, so that the performance of the thermoelectric material can be improved.

상기 그래핀 함유 열전재료에 사용되는 그래핀은 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 그 결과 상기 그래핀은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 된다. 상기 그래핀은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 예를 들어 1층 내지 300층, 혹은 2층 내지 100층, 혹은 3층 내지 50층의 겹수를 가질 수 있다. 다중층 그래핀의 경우, 층간 계면에 의한 영향으로 포논이 산란되어 out-of-plane 방향으로 더 우수한 열전성능을 가질 수 있다.Graphene used in the graphene-containing thermoelectric material is that a plurality of carbon atoms are covalently linked to each other to form a polycyclic aromatic molecule, and the carbon atoms connected by the covalent bond form a 6-membered ring as a basic repeating unit, It is also possible to further include a 5-membered ring and/or a 7-membered ring. As a result, the graphene appears as a single layer of carbon atoms (usually sp 2 bonds) covalently bonded to each other. The graphene may be made of a single layer, but it is also possible to form a plurality of layers by stacking several of them, for example, 1 to 300 layers, or 2 to 100 layers, or 3 to 50 layers. Can have. In the case of multi-layered graphene, phonons are scattered due to the influence of the interlayer interface, so that superior thermoelectric performance can be obtained in the out-of-plane direction.

한편, 상기 그래핀이 다중층인 경우 다양한 적층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 적층 구조는 AB 적층 구조(AB-stacking) 또는 랜덤 적층(random-stacking)구조를 가질 수 있는 바, 랜덤 적층 구조는 out-of-plane 방향으로 포논의 차단과 캐리어 이동성 및 전기전도도의 측면에서 AB 적층 구조보다 유리한 특성을 가질 수 있다.On the other hand, when the graphene is a multilayer, it may have various stacked structures, for example, the stacked structure may have an AB-stacking structure or a random-stacking structure. The structure may have more advantageous properties than the AB laminated structure in terms of blocking phonon in the out-of-plane direction, carrier mobility, and electrical conductivity.

상기 그래핀은 특별히 한정되는 것은 아니며, 다양한 제조방법에 의해 제조할 수 있는 바, 예를 들어 박리공정 또는 성장 공정에 의해 제조할 수 있다. The graphene is not particularly limited, and can be produced by various production methods, for example, it can be produced by a peeling process or a growth process.

상기와 같은 열전무기물은 박막 형태의 열전무기물을 상기 그래핀 상에 직접 적층하여 적층체를 형성할 수 있다. The thermoelectric inorganic material as described above may form a laminate by directly laminating the thermoelectric inorganic material in the form of a thin film on the graphene.

단결정 구조를 갖는 열전무기물을 그래핀 상에 형성하는 경우, 박리된 열전무기물 나노입자를 활용할 수 있으며, 합성, 테이프 박리 또는 초음파 분산 박리공정을 적용하여 단결정 구조의 열전무기물 박막을 확보한 후, 이를 그래핀 상에 적층하여 형성할 수 있다.When a thermoelectric inorganic material having a single crystal structure is formed on graphene, the peeled thermoelectric inorganic material nanoparticles can be used, and after securing a thermoelectric inorganic material thin film having a single crystal structure by applying a synthesis, tape peeling or ultrasonic dispersion peeling process, It can be formed by laminating on graphene.

상기 그래핀 상에 형성되는 열전무기물 박막의 결정 배향성은 XRD (X-Ray Diffraction)를 통해서 측정할 수 있으며, 상기 XRD의 측정 결과를 통해 이들의 결정 배향성은 (00ℓ)의 값을 가질 수 있다(상기 ℓ은 1 내지 99의 범위를 갖는 정수).The crystal orientation of the thermoelectric inorganic thin film formed on the graphene can be measured through XRD (X-Ray Diffraction), and their crystal orientation through the measurement result of XRD may have a value of (00ℓ) ( The ℓ is an integer having a range of 1 to 99).

이와 같은 열전무기물 박막이 갖는 (00ℓ)의 결정 배향성은 도 1에 도시된 out-of-plane 방향의 각종 물리적 성질을 개선하게 된다. 즉, 열전무기물 박막이 그래핀 상에서 일정한 배향성을 가지고 형성됨에 따라 금속 성질을 갖는 그래핀과 반도체 성질을 갖는 열전무기물의 계면에서의 결정성 및 전자구조가 변화되어 제벡계수가 증가되며, 전하입자의 전송이 가속화되어 전기전도도 및 전하이동도의 증가를 유도할 수 있게 된다. 또한 상기 그래핀과 열전무기물 계면에서의 포논 산란이 증가하여 열전도도의 제어가 가능해진다. 또한 상기 열전무기물을 나노스케일로 형성함으로써 양자구속 효과를 유도할 수 있으며, 나노박막 내에서의 포논 구속(Phonon Glass Electron Crystal(PGEC)개념)으로 열전도도가 저하될 수 있다.The crystal orientation of (00ℓ) of such a thermoelectric inorganic thin film improves various physical properties in the out-of-plane direction shown in FIG. 1. That is, as the thermoelectric inorganic thin film is formed with a certain orientation on graphene, the crystallinity and electronic structure at the interface between graphene having metallic properties and thermoelectric inorganic materials having semiconductor properties change, increasing the Seebeck coefficient, and It is possible to induce an increase in electrical conductivity and charge mobility by accelerating the transfer. In addition, phonon scattering at the interface between the graphene and the thermoelectric inorganic material increases, so that thermal conductivity can be controlled. In addition, by forming the thermoelectric inorganic material on a nanoscale, a quantum confinement effect may be induced, and thermal conductivity may be reduced due to a phonon confinement (Phonon Glass Electron Crystal (PGEC) concept) in a nano thin film.

상기 양자 구속 효과는 소재 내 캐리어의 상태 밀도(Density of State)를 증가시켜 유효질량을 증대시킴으로써 전기전도도는 크게 변화시키지 않으면서 제벡계수를 상승시키는 개념으로서 전기전도도와 제벡계수의 상쇄관계를 붕괴시키며, 상기 PGEC 개념은 열전달을 담당하는 포논(phonon)의 움직임은 차단하고 캐리어의 이동은 방해하지 않게 하여 열전도도만을 저감시키는 개념이다.The quantum confinement effect is a concept that increases the effective mass by increasing the density of state of carriers in the material, thereby increasing the Seebeck coefficient without significantly changing the electrical conductivity, thereby destroying the tradeoff between the electrical conductivity and the Seebeck coefficient. , The PGEC concept is a concept in which only thermal conductivity is reduced by blocking the movement of the phonon responsible for heat transfer and not interfering with the movement of the carrier.

상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 out-of-plane 방향은 평면구조를 갖는 그래핀의 in plane 방향과 구별되는 공간 개념으로서, 평면(xy축)에 수직한 방향(z축)을 의미한다. 이와 같은 out-of-plane 방향으로 결정성의 열전무기물이 적층될 수 있다.As described above, the out-of-plane direction shown in FIG. 1 is a space concept that is distinct from the in-plane direction of graphene having a planar structure, and refers to a direction (z-axis) perpendicular to the plane (xy-axis). . In such an out-of-plane direction, a crystalline thermoelectric inorganic material may be stacked.

상기 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체는 그래핀 상에 열전무기물 박막을 적층하여 얻어지며 이때 상기 적층체는 규칙격자형(superlattice) 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 규칙격자형 구조는 그래핀과 열전무기물 박막이 서로 순차적으로 반복하여 형성된 구조를 의미한다.The stacked composite of graphene and thermoelectric inorganic is obtained by laminating a thin film of thermoelectric inorganic material on graphene, and in this case, the stacked body may have a superlattice structure. Such a regular grid structure refers to a structure in which graphene and a thermoelectric inorganic thin film are sequentially repeated with each other.

상기 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체는 그래핀 상에 열전무기물 박막을 적층하여 얻어지며, 이를 반복하여 다층 구조를 갖는 적층 복합체를 형성할 수 있다. 즉 그래핀 상에 열전무기물 박막을 형성한 후, 상기 열전무기물 박막 상에 그래핀을 다시 적층한 후, 그 위에 열전무기물 박막을 형성하는 공정을 여러차례 반복함으로써 그래핀/열전무기물을 하나의 유닛으로 하는 적층 복합체를 형성할 수 있다. 상기 적층 복합체에서 상기 그래핀/열전무기물 유닛은, 예를 들어 1 내지 100유닛의 범위로 포함될 수 있다.The laminated composite of graphene and thermoelectric inorganic is obtained by laminating a thin film of thermoelectric inorganic material on graphene, and this may be repeated to form a laminated composite having a multilayer structure. That is, after forming a thermoelectric inorganic material thin film on graphene, the graphene/thermoelectric inorganic material is converted into one unit by repeating the process of forming a thermoelectric inorganic material layer on the thermoelectric inorganic material film several times after laminating the graphene again on the thermoelectric inorganic material thin film. It is possible to form a laminated composite. In the laminated composite, the graphene/thermoelectric inorganic unit may be included in a range of 1 to 100 units, for example.

상기 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체에서 상기 열전무기물로서 p-type 또는 n-type 소재를 사용할 수 있으며, 상기 그래핀에는 p-도펀트 또는 n-도펀트가 도핑될 수 있다.In the stacked composite of graphene and the thermoelectric inorganic material, a p-type or n-type material may be used as the thermoelectric inorganic material, and the graphene may be doped with a p-dopant or an n-dopant.

상기 그래핀과 열전무기물의 적층 복합체는 그 크기 및 두께에 있어서 특별한 제한은 없다. The stacked composite of graphene and thermoelectric inorganic is not particularly limited in size and thickness.

일구현예에 따른 그래핀은 이하의 방법으로 제조할 수 있다.Graphene according to an embodiment can be prepared by the following method.

기판 상에 그래핀을 형성하는 방법으로는 당업계에 알려져 있는 성장 공정 에 따라 얻어진 그래핀 또는 박리 공정에 의해 얻어진 그래핀 박리물을 사용할 수 있으며, 예를 들어 단결정 또는 다결정 구조를 갖는 그래핀, 혹은 에피택셜하게 성장된 그래핀 등을 제한 없이 사용할 수 있다. 이와 같은 그래핀은 예를 들어 1층 내지 300층의 겹수를 가질 수 있다.As a method of forming graphene on a substrate, graphene obtained according to a growth process known in the art or a graphene peel obtained by a peeling process may be used. For example, graphene having a single crystal or polycrystalline structure, Alternatively, graphene grown epitaxially can be used without limitation. Such graphene may have a number of layers of 1 to 300 layers, for example.

상기 그래핀을 제조하는 일예인 박리 공정은 흑연 또는 고배향성 열분해 흑연(HOPG; Highly Oriented Pyrolytic Graphite)과 같이 내부적으로 그래핀 구조체를 함유하는 물질로부터 기계적 수단(예를 들어 스카치테이프) 또는 산화-환원 공정을 이용하여 그래핀을 분리하는 방법을 예로 들 수 있다.The exfoliation process, which is an example of producing the graphene, is mechanical means (for example, scotch tape) or oxidation-reduction from a material containing a graphene structure internally, such as graphite or highly oriented pyrolytic graphite (HOPG; Highly Oriented Pyrolytic Graphite). An example is a method of separating graphene using a process.

상기 그래핀을 제조하는 다른 일예인 박리 공정은 흑연 층간 화합물(Graphite intercalated compound: GIC)에 마이크로파를 인가하여 팽창 흑연(expanded graphite)을 얻고, 이를 용매에 분산하는 액상 박리 공정을 선택적으로 실시하여 그래핀을 제조하는 것이다. 이 방법에 따라 얻은 그래핀은 결함(defect)이 없고 산화될 염려가 없어 열전 특성이 우수하다.In the exfoliation process, which is another example of manufacturing the graphene, by applying microwaves to a graphite intercalated compound (GIC), expanded graphite is obtained, and a liquid phase exfoliation process of dispersing it in a solvent is selectively performed. It is to manufacture the pin. Graphene obtained according to this method has excellent thermoelectric properties because there is no defect and no fear of oxidation.

상기 용매로는 N-메틸 피롤리돈 등을 사용하며, 상기 분산시 초음파를 이용한다. 그리고 상기 용매에 분산하는 과정은 예를 들어 0.5 내지 30시간 동안 실시한다.As the solvent, N-methyl pyrrolidone or the like is used, and ultrasonic waves are used for the dispersion. And the process of dispersing in the solvent is carried out for, for example, 0.5 to 30 hours.

상기 GIC는 흑연에 층간 삽입물을 삽입한 것이다. 상기 층간 삽입물은 예를 들어 황산, 크롬산 또는 그 혼합물을 들 수 있다.The GIC is an interlayer insert inserted into graphite. The intercalation can be, for example, sulfuric acid, chromic acid or mixtures thereof.

상기 마이크로파는 50 내지 1500W의 출력, 2.45 내지 60 GHz의 진동수를 갖는다. 상기 마이크로파를 인가하는 시간은 마이크로파의 진동수에 따라 달라지지만 예를 들어 10 내지 30분동안 마이크로파를 인가한다.The microwave has an output of 50 to 1500W and a frequency of 2.45 to 60 GHz. The time to apply the microwave varies depending on the frequency of the microwave, but the microwave is applied for 10 to 30 minutes, for example.

상기 그래핀을 제조하는 일예인 성장 공정은, 무기계 소재, 예를 들어 실리콘 카바이드에 흡착되어 있거나 포함되어 있는 탄소를 고온에서 상기 무기계 소재의 표면에 성장시키거나, 고온에서 기상의 탄소 공급원, 예를 들어 메탄, 에탄 등을 촉매층, 예를 들어 니켈, 구리 박막에 용해 또는 흡착시킨 후 이를 냉각을 통해 상기 촉매층의 표면에서 결정화시킴으로써 그래핀 결정구조를 형성하는 방법을 포함할 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 얻어지는 그래핀은 1cm2 이상의 대면적으로 형성할 수 있으며, 그 형태를 일정하게 제조할 수 있고, 기판이나 촉매의 종류와 두께, 반응시간, 냉각속도, 반응가스의 농도 등을 조절하여 층수를 자유롭게 조절할 수 있다. 그 결과, 성장 공정을 사용하여 얻어진 그래핀은 재현성이 우수하며, 대량 생산이 용이하다는 이점을 갖게 된다. 이와 같은 성장 공정으로서는 당업계에 공지되어 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있다.In the growth process, which is an example of manufacturing the graphene, carbon adsorbed or contained in an inorganic material, for example, silicon carbide, is grown on the surface of the inorganic material at a high temperature, or a gaseous carbon source at a high temperature, for example, For example, it may include a method of forming a graphene crystal structure by dissolving or adsorbing methane, ethane, and the like in a catalyst layer, for example, a nickel, copper thin film, and then crystallizing it on the surface of the catalyst layer through cooling. Graphene obtained by such a method can be formed in a large area of 1 cm 2 or more, and its shape can be uniformly manufactured, and the type and thickness of the substrate or catalyst, reaction time, cooling rate, concentration of reaction gas, etc. You can freely adjust the number of floors by adjusting. As a result, graphene obtained using the growth process has the advantage of excellent reproducibility and easy mass production. As such a growth process, any method known in the art may be used without limitation.

일구현예에 따르면, 상기 그래핀은 화학기상증착에 따라 제조될 수 있다.According to an embodiment, the graphene may be prepared according to chemical vapor deposition.

상기 그래핀이 형성되는 기판으로서는 Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판, 실리카 기판 중 하나 이상을 포함하는 무기질 기판; 혹은 Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr 기판 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 기판; 등을 사용할 수 있다. Examples of the substrate on which the graphene is formed include an inorganic substrate including at least one of a Si substrate, a glass substrate, a GaN substrate, and a silica substrate; Or a metal substrate including at least one selected from Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V, and Zr substrates; Etc. can be used.

상기와 같이 그래핀을 기판 상에 형성한 후, 상기 그래핀 상에 열전무기물 박막을 형성하게 된다. 이와 같은 열전무기물 박막은 입자성 열전무기물에서 박막을 박리(exfoliation)하여 얻은 열전 무기물 박막 또는 합성하여 얻은 열전 무기물 합성물을 이용하여 형성한다.After the graphene is formed on the substrate as described above, a thermoelectric inorganic thin film is formed on the graphene. Such a thermoelectric inorganic thin film is formed using a thermoelectric inorganic thin film obtained by exfoliating the thin film from a particulate thermoelectric inorganic substance or a thermoelectric inorganic composite obtained by synthesizing.

이하, 상술한 그래핀과 열전무기물을 이용한 복합 적층체의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a composite laminate using the above-described graphene and thermoelectric inorganic material will be described.

그래핀을 제1이온성 계면활성제와 혼합하여 그래핀 함유 혼합물을 얻는다. 상기 혼합물에 초음파 처리를 실시하여 양 또는 음의 표면전하를 갖는 제1이온성 계면활성제가 결합된 그래핀을 얻을 수 있다.Graphene is mixed with a first ionic surfactant to obtain a graphene-containing mixture. The mixture may be subjected to ultrasonic treatment to obtain graphene to which a first ionic surfactant having a positive or negative surface charge is bound.

상기 그래핀은 그래핀 박리물일 수 있다.The graphene may be a graphene exfoliated product.

상기 초음파는 2.45 내지 60KHz의 진동수, 50 내지 1500W 의 출력 조건 범위에서 인가된다.The ultrasonic waves are applied at a frequency of 2.45 to 60 KHz and an output condition of 50 to 1500 W.

이와 별도로 열전무기물과 상기 제1이온성 계면활성제와 다른 극성을 갖는 제2이온성 계면활성제와 혼합하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻거나 또는 할로겐간 화합물이 도핑된 열전무기물을 이용하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻는다.Separately, a mixture containing a thermoelectric inorganic substance is obtained by mixing a thermoelectric inorganic substance and a second ionic surfactant having a polarity different from that of the first ionic surfactant, or a mixture containing a thermoelectric inorganic substance using a thermoelectric inorganic substance doped with an interhalogen compound. Get

상기 열전무기물과 상기 제2이온성 계면활성제의 혼합물에 초음파를 처리하면 제2이온성 계면활성제가 결합된 열전무기물 합성물을 얻을 수 있다.When the mixture of the thermoelectric inorganic material and the second ionic surfactant is subjected to ultrasonic waves, a thermoelectric inorganic compound compound in which the second ionic surfactant is combined may be obtained.

상기 초음파는 2.45 내지 60KHz의 진동수, 50 내지 1500W의 출력 조건 범위에서 인가된다.The ultrasonic wave is applied at a frequency of 2.45 to 60 KHz and an output condition of 50 to 1500 W.

상기 제1이온성 계면활성제 및 제2이온성 계면활성제는 소수성 테일 그룹(hydrophobic tail group)과 친수성 헤드 그룹(hydrophilic head group)으로 이루어져 있다. The first ionic surfactant and the second ionic surfactant are composed of a hydrophobic tail group and a hydrophilic head group.

상기 할로겐간 화합물이 도핑된 열전 무기물은 제1이온성 계면활성제가 결합된 그래핀 박리물과 표면전하가 상이한 극성을 갖도록 제어된다. The thermoelectric inorganic material doped with the interhalogen compound is controlled to have a different polarity from the graphene exfoliated material to which the first ionic surfactant is bonded.

그 후 상기 그래핀 함유 혼합물과 열전무기물 함유 혼합물을 혼합하여 반응시키면 그래핀 및 열전무기물을 포함하며, 상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체를 얻는 복합 적층체를 얻을 수 있다.Thereafter, when the graphene-containing mixture and the thermoelectric inorganic substance-containing mixture are mixed and reacted, a composite laminate containing graphene and a thermoelectric inorganic substance, and a self-assembled structure having an ionic bond formed between the graphene and the thermoelectric inorganic substance can be obtained. .

상기 반응은 초음파 처리를 실시하여 이루어진다. 상기 초음파 처리는 예를 sonic The reaction is accomplished by performing ultrasonic treatment. The sonication is sonic for example

들어 sonic tip(SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip)을 이용하여 진행될 수 있고, 초음파는 예를 들어 2.45 내지 60KHz의 진동수, 50 내지 1500W 의 출력 조건에서 에서 실시될 수 있다.For example, it may be performed using a sonic tip (SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip), and the ultrasonic wave may be performed under, for example, a frequency of 2.45 to 60 KHz and an output condition of 50 to 1500 W.

상기 초음파 처리하는 시간은 초음파 파워 등의 초음파 조건에 따라 달라지며 예를 들어 10분 내지 약 30분 동안 실시할 수 있다.The ultrasonic treatment time varies depending on ultrasonic conditions such as ultrasonic power, and may be performed for, for example, 10 minutes to about 30 minutes.

상기 제조과정에서 사용되는 제1이온성 계면활성제 및 상기 제2이온성 계면활성제는 비제한적인 예로서 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(PDDA), 소듐 도데실 설페이트(SDS), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB), 트리메틸암모늄 브로마이드(TTAB), 소듐 콜레이트(sodium cholate)(SC), 소듐 데옥시콜레이트(sodium deoxycholate)(DOC), 소듐 타우로데옥시콜레이트(sodium taurodeoxycholate)(TDOC) 중에서 선택된 하나 이상을 들 수 있다. The first ionic surfactant and the second ionic surfactant used in the preparation process are, as non-limiting examples, polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA), sodium dodecyl sulfate (SDS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). ), trimethylammonium bromide (TTAB), sodium cholate (SC), sodium deoxycholate (DOC), sodium taurodeoxycholate (TDOC). I can.

상기 제1이온성 계면활성제의 함량은 그래핀 박리물 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부이다.The content of the first ionic surfactant is 100 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the graphene exfoliated product.

상기 제2이온성 계면활성제의 함량은 열전무기물 100 중량부를 기준으로 하여 100 내지 2000 중량부이다. 상기 열전무기물은 열전무기물 박리물 또는 열전무기물 합성물일 수 있다.The content of the second ionic surfactant is 100 to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoelectric inorganic material. The thermoelectric inorganic material may be a thermoelectric inorganic material exfoliating product or a thermoelectric inorganic material composite.

상기 제1이온성 계면활성제 및 제2이온성 계면활성제의 함량이 상기 범위일 때 그래핀 및 열전무기물간의 정전기적 인력이 우수하다.When the content of the first ionic surfactant and the second ionic surfactant is within the above range, the electrostatic attraction between graphene and the thermoelectric inorganic material is excellent.

일구현예에 따르면, 상기 제1이온성 계면활성제가 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (PDDA)이고, 상기 제2이온성 계면활성제가 SDS이다.According to an embodiment, the first ionic surfactant is polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA), and the second ionic surfactant is SDS.

상기 열전무기물 박리물은 입자성 열전무기물에 층간삽입물을 혼합하고 이를 상기 열전무기물의 층간 사이에 삽입시키고, 층간 삽입물을 제거하는 과정을 거쳐 얻을 수 있다. 여기에서 층간 삽입물로서 할로겐간 화합물을 사용하며, 예를 들어 IBr, ICl 등을 들 수 있다.The thermoelectric inorganic material can be obtained by mixing a particulate thermoelectric inorganic material with an interlayer insert, inserting it between the layers of the thermoelectric inorganic material, and removing the interlayer insert. Here, an interhalogen compound is used as the intercalation material, and examples thereof include IBr and ICl.

층간 삽입물로서 할로겐간 화합물을 사용하는 경우 열전무기물을 박리하는 과정에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.In the case of using an inter-halogen compound as an interlayer insert, the process of exfoliating the thermoelectric inorganic material will be described in more detail.

입자성 열전 무기물과 할로겐간 화합물의 혼합물을 밀폐용기에 담고 70 내지 130℃에서 1차 열처리한다. 상기 할로겐간 화합물은 승화성 물질로서 고체 상태의 열전무기물 입자 사이에 침투된다. The mixture of the particulate thermoelectric inorganic material and the interhalogen compound is placed in a sealed container and subjected to a first heat treatment at 70 to 130°C. The interhalogen compound is a sublimable substance and penetrates between the particles of the thermoelectric inorganic substance in a solid state.

밀폐 용기에서 층간에 할로겐간 화합물이 삽입된 열전무기물을 꺼내 이를 200 내지 250℃에서 2차 열처리한다. 이어서 상기 2차 열처리된 결과물로부터 할로겐간 화합물을 제거하여 열전무기물의 층간 사이의 결합력을 약화시켜 층간 거리를 넓혀 박리가 용이하게 된다. Take out the thermoelectric inorganic material in which the inter-halogen compound is inserted between the layers from the sealed container and perform secondary heat treatment at 200 to 250°C. Subsequently, the inter-halogen compound is removed from the result of the secondary heat treatment to weaken the interlayer bonding force of the thermoelectric inorganic material to increase the interlayer distance, thereby facilitating peeling.

상기 2차 열처리된 결과물로부터 할로겐간 화합물을 제거하는 과정은 아세톤, 등과 같은 용매를 이용할 수 있다.The process of removing the interhalogen compound from the result of the secondary heat treatment may use a solvent such as acetone.

이어서 상기 할로겐간 화합물이 제거된 열전무기물을 초음파 처리하면 열 1 내지 100nm 두께, 예를 들어 30 내지 40nm의 열전무기물 박리물을 얻을 수 있다.Subsequently, when the thermoelectric inorganic material from which the interhalogen compound is removed is subjected to ultrasonic treatment, a thermoelectric inorganic material exfoliated product having a thickness of 1 to 100 nm, for example, 30 to 40 nm, may be obtained.

상기 초음파 처리는 2.45 내지 60 kHz의 진동수, 50 내지 1500W의 출력 범위에서 실시된다. 그리고 초음파 처리는 물 존재 하에서 실시될 수 있다.The ultrasonic treatment is performed at a frequency of 2.45 to 60 kHz and an output range of 50 to 1500 W. And the ultrasonic treatment can be carried out in the presence of water.

상기 2차 열처리된 결과물로부터 할로겐간 화합물을 제거하는 과정을 생략하면 할로겐간 화합물이 도핑된 열전 무기물을 얻을 수 있다. 이 할로겐간 화합물이 도핑된 열전무기물은 상술한 열전무기물 박리물로서 이용 가능하다.If the process of removing the interhalogen compound from the result of the secondary heat treatment is omitted, a thermoelectric inorganic material doped with the interhalogen compound may be obtained. The thermoelectric inorganic material doped with the interhalogen compound can be used as the aforementioned thermoelectric inorganic material exfoliating product.

이하, 일구현예에 따라 그래핀(예: 그래핀 박리물)과 열전무기물(예: 열전무기물 합성물 또는 박리물) 사이에 이온결합이 형성되는 메커니즘을 설명하기로 하되, 후술하는 메커니즘으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a mechanism by which ionic bonds are formed between graphene (eg, a graphene exfoliated product) and a thermoelectric inorganic material (eg, a thermoelectric inorganic compound or exfoliated product) will be described according to an embodiment, but limited to the mechanism described below. It is not.

상기 제1이온성 계면활성제의 소수성 테일 그룹은 소수성을 띠는 그래핀에 인접되도록 배치되어 그래핀과 결합하고 제1이온성 계면활성제의 친수성 헤드 그룹은 그래핀과 먼 쪽에 배치된다. 이 때 친수성 헤드 그룹은 양 또는 음전하를 갖는다.The hydrophobic tail group of the first ionic surfactant is disposed adjacent to the graphene having hydrophobicity and bonded to the graphene, and the hydrophilic head group of the first ionic surfactant is disposed far from the graphene. At this time, the hydrophilic head group has a positive or negative charge.

열전무기물에는 상기 그래핀의 경우와 마찬가지로 열전 무기물에 제2이온성 계면활성제의 소수성 테일 그룹이 결합되어 있고 열전무기물에서 먼 쪽으로 제2이온성 계면활성제의 친수성 헤드 그룹이 위치하게 된다. 상기 친수성 그룹은 음 또는 양전하를 가질 수 있다.In the thermoelectric inorganic material, as in the case of graphene, the hydrophobic tail group of the second ionic surfactant is bonded to the thermoelectric inorganic material, and the hydrophilic head group of the second ionic surfactant is located away from the thermoelectric inorganic material. The hydrophilic group may have a negative or positive charge.

상기 그래핀의 먼 쪽으로부터 배치된 친수성 헤드 그룹이 양전하를 띠는 경우, 상기 열전무기물으로부터 먼 쪽에 배치된 친수성 헤드 그룹은 음전하를 띠도록 제어되고 이들간의 정전기적 인력에 의하여 그래핀과 열전무기물 사이에 이온결합이 형성된다.When the hydrophilic head group disposed from the far side of the graphene has a positive charge, the hydrophilic head group disposed on the far side from the thermoelectric weapon is controlled to take a negative charge, and between the graphene and the thermoelectric inorganic material by the electrostatic attraction therebetween Ionic bonds are formed in

상기 열전무기물은 단결정 구조체의 형태를 가질 수 있다. 또한 상기 열전무기물은 p형 반도체 성질 또는 n형 반도체 성질을 가질 수 있다.The thermoelectric inorganic material may have a single crystal structure. In addition, the thermoelectric inorganic material may have a p-type semiconductor property or an n-type semiconductor property.

일구현예에 따른 복합 적층체의 제조방법은 제조과정이 용이할 뿐만 아니라 반응시간이 짧고 대량 생산이 가능하다. 또한 상기 복합 적층체는 스파크 플라즈마 소결(Spark plasm sintering) 공정과 같은 소결 공정을 통하여 벌크 복합체 형태로 제조하는 것도 가능하다. The manufacturing method of the composite laminate according to the embodiment is not only easy to manufacture, but also has a short reaction time and enables mass production. In addition, the composite laminate may be manufactured in the form of a bulk composite through a sintering process such as a spark plasma sintering process.

상기 스파크 플라즈마 소결 공정은 도 10의 스파크 플라즈마 소결(Spark plasm sintering) 장치를 이용하여 고온 및 고압 조건에서 가압 소결하여 벌크 펠렛(pellet)을 제작한다. 상기 스파크 플라즈마 소결 공정을 이용한 벌크 펠렛 과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.In the spark plasma sintering process, bulk pellets are manufactured by pressure sintering under high temperature and high pressure conditions using the spark plasma sintering apparatus of FIG. 10. The bulk pellet process using the spark plasma sintering process will be described in more detail as follows.

전력 공급 장치(100)로부터 공급되는 직류 펄스 전류가 진공 챔버(114)내의 흑연 가압 다이(111)의 상부 및 하부 펀치 전극(112)에 인가되어 복합체 분말 (113) 사이에 스파크 방전에 의한 가열 개시 및 스파크 방전 압력의 도움으로 물질 이동이 촉진되어 치밀화된 압분체인 벌크 펠렛을 얻을 수 있다.The DC pulse current supplied from the power supply device 100 is applied to the upper and lower punch electrodes 112 of the graphite pressurizing die 111 in the vacuum chamber 114 to initiate heating by spark discharge between the composite powder 113 And with the help of the spark discharge pressure, mass transfer is promoted to obtain a bulk pellet, which is a compact compact.

상기 고압은 300 내지 450℃, 예를 들어 약 390℃이며, 고압은 예를 들어 70 내지 85 MPa 범위이다.The high pressure is 300 to 450° C., for example about 390° C., and the high pressure is in the range of 70 to 85 MPa, for example.

상술한 바와 같은 공정을 통해 얻어지는 그래핀/열전무기물 복합 적층체는 열전무기물 박막이 그래핀 상에서 일정한 배향성을 가지고 형성됨에 따라 금속 성질을 갖는 그래핀과 반도체 성질을 갖는 열전무기물의 계면에서의 결정성 및 전자구조가 변화되어 제벡계수가 증가되며, 전하입자의 전송이 가속화되어 전기전도도 및 전하이동도의 증가를 유도할 수 있게 된다. 또한 상기 그래핀과 열전무기물 계면에서의 포논 산란이 증가하여 열전도도의 제어가 가능해진다. 또한 상기 열전무기물을 나노스케일로 형성함으로써 양자구속 효과를 유도할 수 있으며, 나노박막 내에서의 포논 구속 (Phonon Glass Electron Crystal(PGEC)개념)으로 열전도도가 저하될 수 있다.The graphene/thermoelectric-inorganic composite laminate obtained through the process as described above has crystallinity at the interface of graphene having metallic properties and thermoelectric inorganic materials having semiconductor properties as the thermoelectric inorganic thin film is formed with a certain orientation on graphene. And the electronic structure is changed to increase the Seebeck coefficient, and the transfer of charged particles is accelerated to induce an increase in electrical conductivity and charge mobility. In addition, phonon scattering at the interface between the graphene and the thermoelectric inorganic material increases, so that thermal conductivity can be controlled. In addition, by forming the thermoelectric inorganic material on a nanoscale, a quantum confinement effect may be induced, and thermal conductivity may be reduced due to phonon confinement (Phonon Glass Electron Crystal (PGEC) concept) in a nano thin film.

상기와 같이 개선된 열전 성능을 갖는 그래핀/열전무기물 복합 적층체는 열전재료로서 유용하게 사용할 수 있다. 따라서 상기 그래핀/열전무기물 복합 적층체를 함유하는 열전재료를 절단 가공 등의 방법으로 성형하여 열전소자를 제조할 수 있다. 상기 열전 소자는 p형 열전소자일 수 있다. 이와 같은 열전소자는 상기 열전재료를 소정 형상, 예를 들어 직육면체의 형상으로 형성한 것을 의미한다.The graphene/thermoelectric-inorganic composite laminate having the improved thermoelectric performance as described above can be usefully used as a thermoelectric material. Accordingly, the thermoelectric material containing the graphene/thermoelectric inorganic composite laminate may be molded by a method such as cutting to manufacture a thermoelectric device. The thermoelectric element may be a p-type thermoelectric element. Such a thermoelectric device means that the thermoelectric material is formed in a predetermined shape, for example, a rectangular parallelepiped shape.

한편, 상기 열전소자는 전극과 결합되어, 전류 인가에 의해 냉각 효과를 나타낼 수 있으며, 소자 또는 온도 차이에 의해 발전 효과를 나타낼 수 있는 성분일 수 있다.Meanwhile, the thermoelectric device may be a component capable of exhibiting a cooling effect by being combined with an electrode and applying a current, and exhibiting a power generation effect by a device or temperature difference.

도 2는 상기 열전소자를 채용한 열전 모듈의 일예를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 절연기판(11)과 하부 절연기판(21)에는 상부 전극(12, 제1 전극) 및 하부 전극(22, 제2 전극)이 패턴화되어 형성되어 있고, 상기 상부 전극(12)과 하부 전극(22)을 p형 열전성분(15) 및 n형 열전성분(16)이 상호 접촉하고 있다. 이들 전극(12, 22)은 리드 전극(24)에 의해 열전소자의 외부와 연결된다. 상기 p형 열전성분(15)으로서 상술한 열전소자를 사용할 수 있다. 상기 n형 열전성분(16)으로서는 당업계에 알려져 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.2 shows an example of a thermoelectric module employing the thermoelectric element. As shown in FIG. 2, the upper insulating substrate 11 and the lower insulating substrate 21 are formed by patterning an upper electrode 12 (first electrode) and a lower electrode 22 (second electrode). The p-type thermoelectric component 15 and the n-type thermoelectric component 16 are in contact with each other between the upper electrode 12 and the lower electrode 22. These electrodes 12 and 22 are connected to the outside of the thermoelectric element by a lead electrode 24. As the p-type thermoelectric component 15, the thermoelectric element described above may be used. As the n-type thermoelectric component 16, any one known in the art may be used without limitation.

상기 절연기판(11, 21)으로서는 갈륨비소 (GaAs), 사파이어, 실리콘, 파이렉스, 석영 기판 등을 이용할 수 있다. 상기 전극(12, 22)의 재질은 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 티타늄 등 다양하게 선택될 수 있으며, 그 크기 또한 다양하게 선택될 수 있다. 이들 전극(12, 22)이 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리프트 오프 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다. As the insulating substrates 11 and 21, gallium arsenide (GaAs), sapphire, silicon, Pyrex, quartz substrates, or the like can be used. Materials of the electrodes 12 and 22 may be variously selected, such as copper, aluminum, nickel, gold, titanium, and the like, and their sizes may also be variously selected. As a method of patterning these electrodes 12 and 22, a conventionally known patterning method may be used without limitation, and for example, a lift-off semiconductor process, a vapor deposition method, a photolithography method, or the like may be used.

열전모듈의 일구현예에서 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 열 공급원에 노출될 수 있다. 열전소자의 일구현예에서, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 전력 공급원에 전기적으로 연결되거나, 또는 열전모듈의 외부, 예를 들어 전력을 소비하거나 저장하는 전기소자(예를 들어 전지)에 전기적으로 연결될 수 있다.In one embodiment of the thermoelectric module, as shown in FIGS. 3 and 4, one of the first electrode and the second electrode may be exposed to a heat source. In one embodiment of the thermoelectric element, one of the first electrode and the second electrode is electrically connected to a power supply source, or external to the thermoelectric module, for example, an electric device that consumes or stores power (for example, a battery) Can be electrically connected to

상기 열전모듈의 일구현예로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 전력 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다.As an embodiment of the thermoelectric module, one of the first electrode and the second electrode may be electrically connected to a power supply source.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

제조예Manufacturing example 1: One: 그래핀Graphene 박리물의Exfoliated 제조 Produce

GIC(Graphite intercalation compound) (Hyundai Coma, HCE-995270)4mg에 마이크로파(출력: 700W, 진동수: 2.45 GHz)를 1분간 인가하여 EG (Expanded graphite)를 제조하였다.EG (Expanded graphite) was prepared by applying microwave (output: 700W, frequency: 2.45 GHz) to 4 mg of GIC (Graphite intercalation compound) (Hyundai Coma, HCE-995270) for 1 minute.

제조예Manufacturing example 2: 2: SbSb 22 TeTe 33 나노플레이트( Nano plate ( nanoplatenanoplate )의 제조)

Sb2Te3(Alfa Asear) 분말 0.5g과 IBr(Iodine bromide) 1g을 혼합한 뒤 이를 용기에 넣고 용기를 외부로부터 차단한 후, 용기의 내부를 약 127℃로 48시간 유지하여 승화된 IBr 입자가 고체 상태의 Sb2Te3 열전 무기물 입자 사이에 침투하도록 반응시켰다. 차단된 용기에서 상기 결과물 파우더를 꺼낸 뒤 이를 220℃, 5hr 동안 반응시키고 아세톤으로 세척하여 무기물 입자 사이에 침투한 IBr 입자를 제거시켜 Sb2Te3의 층간 사이의 결합력을 약화시키고 거리를 넓혀 박리에 용이하게 하였다.After mixing 0.5 g of Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder and 1 g of IBr (Iodine bromide), put it in a container, block the container from the outside, and keep the inside of the container at about 127°C for 48 hours to sublimate IBr particles Was reacted to penetrate between solid state Sb 2 Te 3 thermoelectric inorganic particles. After removing the resulting powder from the blocked container, reacting it at 220° C. for 5 hours, washing with acetone to remove the IBr particles penetrating between the inorganic particles, weakening the bonding force between the layers of Sb 2 Te 3 and increasing the distance to prevent peeling. Made it easy.

상기 결과물 입자 15mg을 증류수 30ml에 혼합하여 초음파(20 kHz의 진동수 및 540W의 출력)를 90분간 가하여 약 30nm 두께의 Sb2Te3 나노쉬트(nanosheet)를 제조하였다.15 mg of the resulting particles were mixed with 30 ml of distilled water, and ultrasonic waves (a frequency of 20 kHz and an output of 540 W) were added for 90 minutes to prepare a Sb 2 Te 3 nanosheet having a thickness of about 30 nm.

제조예Manufacturing example 3: 3: SbSb 22 TeTe 33 나노플레이트( Nano plate ( nanoplatenanoplate )의 제조)

IBr(Iodine bromide) 대신 ICl(Iodine chloride)을 사용한 것을 제외하고는, 제조예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 약 30nm 두께의 Sb2Te3 나노플레이트를 제조하였다.Except for using ICl (Iodine chloride) instead of IBr (Iodine bromide), it was carried out in the same manner as in Preparation Example 2 to prepare a Sb 2 Te 3 nanoplate having a thickness of about 30 nm.

제조예Manufacturing example 4: 4: SbSb 22 TeTe 33 나노플레이트의 제조 Preparation of nanoplate

Sb2Te3(Alfa asear) 분말 0.5g과 IBr(Iodine bromide) 1g의 반응 온도를 127℃에서 78℃로 변화시킨 것을 제외하고는, 제조예 2와 동일한 방법에 따라 실시하여 약 (30)nm 두께의 Sb2Te3 나노쉬트(nanosheet)를 제조하였다.Except for changing the reaction temperature of 0.5 g of Sb 2 Te 3 (Alfa asear) powder and 1 g of IBr (Iodine bromide) from 127° C. to 78° C., it was carried out according to the same method as in Preparation Example 2 to about (30) nm To prepare a thick Sb 2 Te 3 nanosheet (nanosheet).

제조예Manufacturing example 5: 5: IBrIBr 도핑된Doped SbSb 22 TeTe 33 나노플레이트( Nano plate ( nanoplatenanoplate )의 제조)

Sb2Te3(Alfa Asear) 분말 0.5g과 IBr(Iodine bromide) 1g을 혼합한 뒤 이를 용기에 넣고 용기를 외부로부터 차단한 후, 용기의 내부를 약 127℃에서 48시간 유지하여 승화된 IBr 입자가 고체 상태의 Sb2Te3 열전 무기물 입자 사이에 침투하도록 반응시켰다. After mixing 0.5 g of Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder and 1 g of IBr (Iodine bromide), put it in a container, block the container from the outside, and keep the inside of the container at about 127°C for 48 hours to sublimate IBr particles Was reacted to penetrate between solid state Sb 2 Te 3 thermoelectric inorganic particles.

차단된 용기에서 상기 결과물 파우더를 꺼낸 뒤 이를 220℃, 5hr 동안 반응시켜 Sb2Te3의 층간 사이의 결합력을 약화시키고 거리를 넓혀 박리에 용이하게 하였다. 상기 결과물 입자 15mg을 증류수 30ml에 혼합하여 초음파 처리를 20 kHz의 진동수 및 540 W의 출력 조건에서 90분간 실시하여 약 30nm 두께의 IBr 도핑된 Sb2Te3 나노플레이트를 제조하였다.The resulting powder was removed from the blocked container and reacted at 220° C. for 5 hours to weaken the bonding force between the layers of Sb2Te3 and widen the distance to facilitate peeling. 15 mg of the resulting particles were mixed with 30 ml of distilled water, and ultrasonic treatment was performed for 90 minutes at a frequency of 20 kHz and an output condition of 540 W to prepare an IBr-doped Sb 2 Te 3 nanoplate having a thickness of about 30 nm.

제조예Manufacturing example 6: 합성 공정을 이용한 6: using a synthetic process Sb2Te3Sb2Te3 나노플레이트( Nano plate ( nanoplatenanoplate )의 제조)

텔루륨(Te) 분말 1g, 트리(tri)-n-옥틸포스핀(octylphosphine)(TOP) 10ml를 테프론 코팅 스테인레스 스틸 오토클레브(Teflon lined stainless-steel autoclave) 용기에 넣고 마이크로파-용매열(microwave-assisted solvothermal)(마이크로파의 출력: 1200 W, 진동수 2.45 GHz)에서 장비 (MARS5) 220℃에서 2분간 처리하여 노란색 용액인 Te-TOP 용액을 제조하였다.1 g of tellurium (Te) powder and 10 ml of tri-n-octylphosphine (TOP) were placed in a Teflon lined stainless-steel autoclave container, and microwave-solvent heat (microwave -assisted solvothermal) (microwave output: 1200 W, frequency 2.45 GHz) was treated with an equipment (MARS5) at 220° C. for 2 minutes to prepare a yellow solution, Te-TOP solution.

1,5-펜탄디올 25ml와 SbCl3 1g을 혼합물을 배쓰 소니케이션(Bath sonication)(초음파의 진동수 40 kHz, 출력 400 W)에서 약 15분간 혼합하여 투명한 SbCl3-펜탄디올 용액을 준비하였다.A mixture of 25 ml of 1,5-pentanediol and 1 g of SbCl 3 was mixed for about 15 minutes in a bath sonication (ultrasonic frequency of 40 kHz, output 400 W) to prepare a transparent SbCl 3 -pentanediol solution.

Te-TOP 10ml 용액과 SbCl3- 펜탄디올 용액 및 싸이오글리콜산(thioglycolic acid, TGA) 500㎕를 테프론 코팅 스테인레스-스틸 오토클레브(Teflon lined stainless-steel autoclave) 용기에 담고 이를 마이크로파 용매열 합성 장치(microwave-assisted solvothermal)(MARS5, CEM Corporation)(마이크로파의 출력: 1200 W, 진동수 2.45 GHz)에 넣어 220℃에서 30초간 처리를 실시하였다. 이렇게 얻는 분말을 아세톤으로 세척한 후 이를 진공오븐 200℃, 5시간 건조하여 Sb2Te3 나노플레이트를 얻었다.Te-TOP 10ml solution, SbCl 3 -pentanediol solution and thioglycolic acid (TGA) 500µl are placed in a Teflon lined stainless-steel autoclave container and synthesized by microwave solvent heat A device (microwave-assisted solvothermal) (MARS5, CEM Corporation) (microwave output: 1200 W, frequency of 2.45 GHz) was placed and treated at 220° C. for 30 seconds. After washing the obtained powder with acetone, it was dried in a vacuum oven at 200° C. for 5 hours to obtain a Sb 2 Te 3 nanoplate.

실시예Example 1: One: 그래핀Graphene -- SbSb 22 TeTe 33 복합 complex 적층체의Laminated 제조 Produce

상기 제조예 1에 따라 얻은 그래핀 박리물인 EG 4mg과 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(PDDA) 150mg 및 증류수 30ml를 혼합하고 여기에 sonic tip(SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip)을 이용하여 약 5400W의 출력, 20 kHz의 진동수 조건에서 초음파 처리를 약 90분동안 실시하여 양전하를 띠는 PDDA가 결합된 그래핀 박리물을 제조하였다.4 mg of EG, a graphene exfoliated product obtained according to Preparation Example 1, 150 mg of polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA), and 30 ml of distilled water were mixed, and a sonic tip (SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip) was used. A graphene exfoliated product with positively charged PDDA was prepared by performing ultrasonic treatment for about 90 minutes at an output of about 5400W and a frequency of 20 kHz.

이와 별도로 상기 제조예 6에 따라 얻은 Sb2Te3 나노플레이트 15 mg과 소듐 도데실 설페이트(SDS) 150mg 및 증류수 30ml를 혼합하고 여기에 약 90분동안 초음파 처리를 40 kHz의 진동수 및 400 W의 출력 조건에서 실시하여 음전하를 띠는 SDS가 결합된 Sb2Te3 나노플레이트 용액을 제조하였다.Separately, 15 mg of the Sb 2 Te 3 nanoplate obtained according to Preparation Example 6, 150 mg of sodium dodecyl sulfate (SDS), and 30 ml of distilled water were mixed and subjected to ultrasonic treatment for about 90 minutes at a frequency of 40 kHz and an output of 400 W. Conducted under conditions to prepare a Sb 2 Te 3 nanoplate solution to which SDS having a negative charge is bound.

상기 PDDA가 결합된 그래핀 박리물 12ml과 상기 SDS가 결합된 Sb2Te3 나노플레이트 용액 12ml을 혼합하고 여기에 sonic tip(SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip)을 이용하여 약 540W의 출력, 20 kHz의 진동수 조건에서 초음파 처리를 약 20분 동안 실시하여 자기조립 나노 구조체인 그래핀/Sb2Te3 복합 적층체를 제조하였다.12 ml of the PDDA-bonded graphene exfoliated product and 12 ml of the SDS-bonded Sb 2 Te 3 nanoplate solution were mixed, and a sonic tip (SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip) was used to obtain about 540 W. Output, ultrasonic treatment was performed for about 20 minutes at a frequency of 20 kHz to prepare a self-assembled nanostructured graphene/Sb 2 Te 3 composite laminate.

실시예Example 2: 2: 그래핀Graphene -- SbSb 22 TeTe 33 복합 complex 적층체의Laminated 제조 Produce

상기 제조예 1에 따라 얻은 그래핀 박리물인 EG 4mg과 SDBS 30ml를 혼합하고 여기에 sonic tip(SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip)을 이용하여 약 540W의 출력, 20 kHz의 진동수 조건에서 초음파 처리를 약 90분동안 실시하여 양전하를 띠는 PDDA가 결합된 그래핀 박리물을 제조하였다.Mixing the graphene exfoliated product obtained according to Preparation Example 1, EG 4mg and SDBS 30ml, and using a sonic tip (SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip) of about 540W at a frequency condition of 20 kHz The sonication was performed for about 90 minutes to prepare a positively charged PDDA-bonded graphene peel.

상기 제조예 5에 따라 얻은 IBr 도핑된 Sb2Te3 나노쉬트(nanosheet) 15mg과 증류수 30ml를 반응하여 IBr-doped Sb2Te3 박리물을 제조하였다.The Preparative Example 5 IBr doped Sb 2 Te 3 nano-sheets (nanosheet) 15mg and distilled water to the reaction 30ml IBr-doped Sb 2 Te 3 stripping water obtained according to was prepared.

상기 PDDA가 결합된 그래핀 박리물 12ml과 상기 IBr-doped Sb2Te3 박리물 1ml을 혼합하고 여기에 sonic tip(SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip)을 이용하여 약 540W의 출력, 20 kHz의 진동수 조건에서 초음파 처리를 약 20분동안 실시하여 자기조립 나노 구조체인 그래핀/Sb2Te3 복합 적층체를 제조하였다.12 ml of the PDDA-bonded graphene exfoliated material and 1 ml of the IBr-doped Sb 2 Te 3 exfoliated material are mixed, and a sonic tip (SONIC VX-750 ultrasonic processor with a flate head tip) is used to output about 540 W, Ultrasonic treatment was performed for about 20 minutes under a frequency condition of 20 kHz to prepare a self-assembled nanostructure, graphene/Sb 2 Te 3 composite laminate.

비교예Comparative example 1: One: 그래핀Graphene // SbSb 22 TeTe 33 블랜드의Blended 제조 Produce

상기 제조예 1에 따라 제조된 EG 4mg과 N-메틸피롤리돈(NMP) 30ml를 혼합하고 여기에 초음파를 40 kHz의 진동수 및 400 W의 출력 조건에서 2시간동안 가하여 EG-NMP 혼합물을 얻었다.4 mg of EG prepared according to Preparation Example 1 and 30 ml of N-methylpyrrolidone (NMP) were mixed, and ultrasonic waves were applied thereto at a frequency of 40 kHz and an output condition of 400 W for 2 hours to obtain an EG-NMP mixture.

이와 별도로 상기 제조예 6에 따라 제조된 Sb2Te3 나노플레이트 15 mg 과 N-메틸피롤리돈 30ml를 혼합하고 여기에 초음파를 40 kHz의 진동수 및 400 W의 출력 조건에서 2시간 동안 가하여 Sb2Te3-NMP 혼합물을 얻었다.Separately, 15 mg of the Sb 2 Te 3 nanoplate prepared according to Preparation Example 6 and 30 ml of N-methylpyrrolidone were mixed, and ultrasonic waves were added thereto at a frequency of 40 kHz and an output condition of 400 W for 2 hours to obtain Sb 2 A Te 3 -NMP mixture was obtained.

상기 EG-NMP 혼합물 12ml와 Sb2Te3-NMP 혼합물 12ml을 혼합하고 여기에 초음파를 40 kHz의 진동수 및 400 W의 출력 조건에서 30분 동안 가하여 그래핀/Sb2Te3 블랜드를 제조하였다.12ml of the EG-NMP mixture and 12ml of the Sb 2 Te 3 -NMP mixture were mixed, and ultrasonic waves were added thereto for 30 minutes at a frequency of 40 kHz and an output condition of 400 W to prepare a graphene/Sb 2 Te 3 blend.

평가예Evaluation example 1: One: XRDXRD 측정 Measure

하기 XRD 분석시 BRUKER AXS사의 12KW XRD를 이용하며, 분석 조건은 5˚-80˚ 범위에서 분당 4˚씩 측정 조건 하에서 실시하였다.In the following XRD analysis, 12KW XRD of BRUKER AXS was used, and the analysis conditions were carried out under measurement conditions of 4° per minute in the range of 5°-80°.

1) 제조예 6에 따라 제조된 Sb2Te3 나노플레이트1) Sb 2 Te 3 prepared according to Preparation Example 6 Nano plate

상기 제조예 6에 따라 제조된 Sb2Te3 나노플레이트(nanoplate)의 XRD 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 5a에 나타내었다.Sb 2 Te 3 prepared according to Preparation Example 6 XRD analysis of the nanoplate was performed, and the results are shown in FIG. 5A.

도 5a를 참조하여, (015), (1010), (110), (0018)의 결정면을 가짐을 확인하였다. 이를 통해 상기 Sb2Te3 나노플레이트가 육방정 구조를 갖는 열전반도체 재료라는 것을 알 수 있었다.Referring to FIG. 5A, it was confirmed that it has crystal planes of (015), (1010), (110), and (0018). Through this Sb 2 Te 3 It was found that the nanoplate is a thermoelectric semiconductor material having a hexagonal structure.

2) 시료 1 내지 32) Samples 1 to 3

i) 시료 1i) Sample 1

상기 제조예 2에 따라 Sb2Te3 (Alfa Asear) 분말 0.5g과 IBr(Iodine bromide) 0.5 g of Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder and IBr (Iodine bromide) according to Preparation Example 2

1g을 혼합한 뒤 이를 용기에 넣고 용기를 외부로부터 차단한 후 127℃에서 48시간 유지하여 승화된 IBr 입자가 고체 상태의 Sb2Te3 열전 무기물 입자 사이에 침투하도록 반응시켰다. 차단된 용기에서 상기 결과물 파우더를 꺼내서 IBr이 인터칼레이션된 Sb2Te3(시료 1)을 얻었다.After 1g was mixed, it was put in a container, the container was blocked from the outside, and maintained at 127°C for 48 hours to react so that the sublimated IBr particles penetrated between the solid Sb 2 Te 3 thermoelectric inorganic particles. The resulting powder was taken out from the blocked container to obtain Sb 2 Te 3 (Sample 1) intercalated with IBr.

i) 시료 2i) Sample 2

IBr(Iodine bromide) 대신 ICl(Iodine chloride)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 시료 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 ICl이 인터칼레이션된 Sb2Te3(시료 2)을 얻었다.Except for using ICl (Iodine chloride) instead of IBr (Iodine bromide), it was carried out in the same manner as in Sample 1 to obtain ICl-intercalated Sb 2 Te 3 (Sample 2).

ii) 시료 3ii) Sample 3

Sb2Te3(Alfa Asear) 분말 0.5g과 IBr(Iodine bromide) 1g의 반응 온도를 127℃에서 78℃로 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 시료 1과 동일한 방법에 따라 IBr이 인터칼레이션된 Sb2Te3(시료 3)을 얻었다.Sb intercalated with IBr according to the same method as in Sample 1, except that the reaction temperature of 0.5 g of Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder and 1 g of IBr (Iodine bromide) was changed from 127°C to 78°C. 2 Te 3 (Sample 3) was obtained.

상기 시료 1 내지 시료 3의 XRD 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 5b에 나타내었다. 도 5b에는 시료 1 내지 시료 3과의 비교를 위하여 raw Sb2Te3(Alfa Asear) 분말에 대한 데이터를 함께 나타내었다.XRD analysis of Samples 1 to 3 was performed, and the results are shown in FIG. 5B. In FIG. 5B, data for raw Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder are also shown for comparison with Samples 1 to 3.

도 5b를 참조하여, 시료 1 내지 3은 raw Sb2Te3(Alfa Asear) 분말과 마찬가지로 (003), (006)의 결정면을 가짐을 확인하였고 층간 삽입물의 종류 및 열처리 온도가 달라짐에 따라 (006)의 결정면 관련 피크가 이동함을 알 수 있었다. 이를 통해 Sb2Te3의 층간 거리가 증가하였음을을 알 수 있었다. Referring to Figure 5b, it was confirmed that Samples 1 to 3 have crystal planes of (003) and (006) as in the raw Sb 2 Te 3 (Alfa Asear) powder, and as the type of the interlayer insert and the heat treatment temperature vary, (006 ), it was found that the peak related to the crystal plane shifted. Through this, it was found that the interlayer distance of Sb2Te3 increased.

평가예Evaluation example 2: 2: SEMSEM 분석 analysis

하기 SEM 분석시 (Jeol)사의 (JSM-7600F)를 이용하였다.In the following SEM analysis, (Jeol)'s (JSM-7600F) was used.

1)제조예 6의 Sb2Te3 나노플레이트1) Sb 2 Te 3 nanoplate of Preparation Example 6

상기 제조예 6에 따라 얻어진 Sb2Te3 나노플레이트의 전자주사현미경 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 6a에 나타내었다. 이를 참조하여 육각형태의 Sb2Te3 나노플레이트가 형성됨을 알 수 있었다.An electron scanning microscope analysis was performed on the Sb 2 Te 3 nanoplate obtained according to Preparation Example 6, and the results are shown in FIG. 6A. Referring to this, it was found that a hexagonal Sb 2 Te 3 nanoplate was formed.

2) 실시예 2의 복합 적층체(도 6b)2) Composite laminate of Example 2 (Fig. 6B)

상기 실시예 2에 따라 얻어진 복합 적층체의 전자주사현미경 분석을 실시하Conducting an electron scanning microscope analysis of the composite laminate obtained according to Example 2

였고, 그 결과를 도 6b에 나타내었다. And the results are shown in FIG. 6B.

도 6b를 참조하여, 상이한 표면전하에 의해 그래핀과 Sb2Te3가 결합되어 복합적층체를 형성하였음을 알 수 있었다. Referring to FIG. 6B, it was found that graphene and Sb 2 Te 3 were bonded to each other by different surface charges to form a composite laminate.

3) 실시예 1의 복합 적층체3) Composite laminate of Example 1

상기 실시예 1에 따라 얻어진 복합 적층체의 전자주사현미경 분석을 실시하Conducting an electron scanning microscope analysis of the composite laminate obtained according to Example 1

였고, 그 결과를 도 6c에 나타내었다. And the results are shown in Fig. 6c.

도 6c를 참조하여, 화살표는 제조예 1의 박리된 그래핀을 나타내며, 상이한 표면전하에 의해 그래핀과 Sb2Te3가 결합되어 복합적층체를 형성하였음을 알 수 있었다. Referring to FIG. 6C, the arrow indicates the exfoliated graphene of Preparation Example 1, and it was found that graphene and Sb 2 Te 3 were bonded to each other by different surface charges to form a composite laminate.

4) 비교예 1의 그래핀/Sb2Te3 블랜드의 SEM 분석4) SEM analysis of the graphene/Sb 2 Te 3 blend of Comparative Example 1

상기 비교예 1에서 얻어진 그래핀/Sb2Te3 블랜드에 대하여 SEM 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 6d에 나타내었다.SEM analysis was performed on the graphene/Sb 2 Te 3 blend obtained in Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 6D.

도 6d를 참조하여, 그래핀과 Sb2Te3이 무질서하게 혼합되어 있음을 확인할 수 있었다. 이로부터 비교예 1의 그래핀은 실시예 1의 복합 적층체와 달리 자기 조립 구조체 구조가 아님을 알 수 있었다. Referring to FIG. 6D, it could be confirmed that graphene and Sb 2 Te 3 were mixed randomly. From this, it can be seen that the graphene of Comparative Example 1 is not a self-assembled structure unlike the composite laminate of Example 1.

평가예Evaluation example 3: 3: HRTEMHRTEM Wow SAEDSAED 분석 analysis

하기 HRTEM/SAED 분석은 JEOL사의 HRTEM(800kV)을 이용하였다.The following HRTEM/SAED analysis was performed using JEOL's HRTEM (800 kV).

상기 실시예 1에서 얻어진 복합 적층체에 대하여 HRTEM 와 SAED 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.HRTEM and SAED analysis were performed on the composite laminate obtained in Example 1, and the results are shown in FIG. 7.

도 7을 참조하여, 실시예 1의 복합 적층체는 HRTEM의 평면 간격(plane spacing)이 약 0.21nm로서 Sb2Te3 육방정계의 (110)면에 일치한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 SAED를 통하여 나노플레이트가 Sb2Te3 단결정임을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 7, it was found that the composite laminate of Example 1 had a plane spacing of about 0.21 nm in HRTEM, which corresponds to the (110) plane of the Sb 2 Te 3 hexagonal system. And it was confirmed that the nanoplate was Sb 2 Te 3 single crystal through SAED.

평가예Evaluation example 4: 라만 스펙트럼 분석 4: Raman spectrum analysis

상기 제조예 6에서 얻어진 Sb2Te3 나노플레이트에 대하여 라만 스펙트럼 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다.Raman spectrum analysis was performed on the Sb 2 Te 3 nanoplate obtained in Preparation Example 6, and the results are shown in FIG. 8.

상기 라만 분석은 Renishaw사의 RM-1000 Invia 기기( 514nm, Ar+ion laser )를 이용하였다.The Raman analysis was performed using Renishaw's RM-1000 Invia instrument (514 nm, Ar + ion laser).

도 8을 참조하여 제조예 6에서 얻어진 Sb2Te3 nanoplate는 119, 251, 450cm-1에서 피크를 나타나며, 119cm-1 피크/251cm-1 피크의 세기비는 약 2.8로 나타났다. 이로부터 Sb2Te3 수nm 박막에서 보여주는 피크를 관찰함으로써 얇은 판상 구조를 갖는다는 것을 알 수 있었다.With reference to Fig. 8 Sb 2 Te 3 nanoplate obtained in Production Example 6, a peak appears at 119, 251, 450cm -1, 119cm -1 intensity ratio of the peak / 251cm -1 peak is found to be about 2.8. From this, it was found that the Sb 2 Te 3 has a thin plate-like structure by observing the peak shown in the few nm thin film.

평가예Evaluation example 5: 5: 제타포텐셜Zeta potential 측정 Measure

하기 제타포텐셜은 Malvern사의 Zetasizer Nano ZS을 이용하여 측정하였다.The following zeta potential was measured using Malvern's Zetasizer Nano ZS.

상기 실시예 1에 따라 얻어진 PDDA가 결합된 그래핀 박리물(그래핀/PDDA), SDS가 결합된 Sb2Te3 나노플레이트(SDS/Sb2Te3) 및 복합 적층체(그래핀/Sb2Te3)의 제타포텐셜을 측정하였고 그 결과를 도 9에 나타내었다.PDDA-coupled graphene exfoliated product (graphene/PDDA) obtained according to Example 1, SDS-coupled Sb 2 Te 3 nanoplate (SDS/Sb 2 Te 3 ) and composite laminate (graphene/Sb 2 The zeta potential of Te 3 ) was measured and the results are shown in FIG. 9.

도 9를 참조하여, 양의 표면전하를 갖는 PDDA가 결합된 그래핀 박리물(SDS/ Sb2Te3)과 음의 표면전하를 갖는 SDS가 결합된 Sb2Te3 나노플레이트(SDS/ Sb2Te3)가 결합하여 얻어진 자기조립 구조체인 복합 적층체는 상기 그래핀 박리물과 상기 Sb2Te3 나노플레이트의 정전기적 인력에 의하여 표면전하가 중성화(neutralization)되는 경향을 갖는다는 것을 알 수 있었다. With reference to Figure 9, PDDA is combined with a positive surface charge graphene peeling water (SDS / Sb 2 Te 3) with which the SDS having a surface negative charge coupled Sb 2 Te 3 nano plate (SDS / Sb 2 It was found that the composite laminate, which is a self-assembled structure obtained by bonding Te 3 ), has a tendency to neutralize the surface charge by the electrostatic attraction of the graphene exfoliated product and the Sb 2 Te 3 nanoplate. .

1: 그래핀 2: 열전무기물
100: 전력 공급 장치 111: 흑연 가압 다이
112: 하부 펀치 전극 113: 복합체 분말
114: 진공 챔버
1: graphene 2: thermoelectric weapon
100: power supply 111: graphite pressing die
112: lower punch electrode 113: composite powder
114: vacuum chamber

Claims (19)

그래핀 및 열전무기물을 포함하며,
상기 그래핀에 제1이온성 계면활성제가 결합되어 있고, 상기 열전무기물에는 상기 제1이온성 계면활성제와 상이한 극성을 갖는 제2이온성 계면활성제가 결합되어 있거나 또는 할로겐간 화합물이 도핑되며,
상기 그래핀과 열전무기물 사이에 이온 결합이 형성된 자기 조립 구조체인 복합 적층체.
Including graphene and thermoelectric inorganics,
A first ionic surfactant is bonded to the graphene, and a second ionic surfactant having a polarity different from that of the first ionic surfactant is bonded to the thermoelectric inorganic material or doped with an interhalogen compound,
A composite laminate that is a self-assembled structure in which ionic bonds are formed between the graphene and the thermoelectric inorganic material.
제1항에 있어서,
상기 그래핀이 적층 구조를 갖는 것인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The composite laminate that the graphene has a laminated structure.
제1항에 있어서,
상기 그래핀이 GIC (Graphite intercalated compound)에 마이크로파를 인가하여 팽창 흑연(expanded graphite)을 얻고 이를 용매에 분산하는 액상 박리 공정에 따라 얻어진 것인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The composite laminate obtained by applying a microwave to the graphite intercalated compound (GIC) to obtain expanded graphite and dispersing it in a solvent.
제1항에 있어서,
상기 열전무기물이 박막 구조를 갖는 것인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The composite laminate in which the thermoelectric inorganic material has a thin film structure.
제1항에 있어서,
상기 열전무기물이 박막구조이며, 그 두께가 1 내지 100nm인 것인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The thermoelectric inorganic material has a thin film structure, and the composite laminate has a thickness of 1 to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 열전무기물이 Bi-Te계, Bi-Se계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Bi-Sb-Te계, Sb-Te계 및 Sm-Co계 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The thermoelectric inorganic material is Bi-Te based, Bi-Se based, Co-Sb based, Pb-Te based, Ge-Tb based, Si-Ge based, Bi-Sb-Te based, Sb-Te based and Sm-Co based A composite laminate that is one or more selected from compounds.
제1항에 있어서,
상기 열전무기물이 Sb2Te3, Bi2Te3 및 Bi2Se3 중에서 선택된 하나 이상인 복합 적층체.
The method of claim 1,
The thermoelectric inorganic material is Sb 2 Te 3 , Bi 2 Te 3 and Bi 2 Se 3 At least one composite laminate selected from among.
제1항에 있어서,
상기 복합 적층체에서 열전무기물이 Sb2Te3인 경우 라만 분석 스펙트렘에서 119.8±0.8cm-1에서 나타나는 피크(피크A)와 251.3±0.3 cm - 1 에서 나타나는 피크(피크B)의 세기비(피크A/피크B)는 2.5 내지 2.9인 복합 적층체.
The method of claim 1,
Intensity ratio of the peak (peak B) appearing in the first (- peak (peak A) and 251.3 ± 0.3 cm in the case shown in the composite laminate is thermally minerals of Sb 2 Te 3 119.8 ± 0.8cm from the Raman spectra analyzed RAM -1 Peak A/Peak B) is a composite laminate of 2.5 to 2.9.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 복합 적층체를 포함하는 열전재료.A thermoelectric material comprising the composite laminate according to any one of claims 1 to 8. 제9항에 따른 열전재료를 포함하는 열전소자.A thermoelectric device comprising the thermoelectric material according to claim 9. 제1 전극;
제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 개재되며, 제10항에 따른 열전소자를 포함하는 열전모듈.
A first electrode;
A second electrode; And
A thermoelectric module interposed between the first electrode and the second electrode and including the thermoelectric element according to claim 10.
열 공급원; 및
상기 열공급원으로부터 열을 흡수하는 열전소자;
상기 열전소자와 접촉하도록 배치된 제1 전극; 및
상기 제1 전극과 대향하도록 배치되며, 상기 열전소자와 접촉하는 제2 전극;을 구비하는 열전모듈;을 구비하며,
상기 열전소자가 제9항에 따른 열전재료를 포함하는 것인 열전장치.
Heat source; And
A thermoelectric element absorbing heat from the heat supply source;
A first electrode disposed to contact the thermoelectric element; And
A thermoelectric module disposed to face the first electrode and having a second electrode in contact with the thermoelectric element; and
The thermoelectric device comprising the thermoelectric material according to claim 9.
그래핀과 제1이온성 계면 활성제를 혼합하여 그래핀 함유 혼합물을 얻는 단계;
i) 열전 무기물과, 상기 제1이온성 계면활성제와 상이한 극성을 갖는
제2이온성 계면활성제와 혼합하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻거나 또는 ii) 할로겐간 화합물이 도핑된 열전 무기물을 이용하여 열전무기물 함유 혼합물을 얻는 단계; 및
상기 그래핀 함유 혼합물과 열전무기물 함유 혼합물을 혼합하여 반응시키는 단계;를 포함하여 제1항의 복합 적층체를 얻는 복합 적층체의 제조방법.
Mixing graphene and a first ionic surfactant to obtain a graphene-containing mixture;
i) a thermoelectric inorganic material and having a polarity different from that of the first ionic surfactant
Mixing with a second ionic surfactant to obtain a mixture containing a thermoelectric inorganic substance or ii) obtaining a mixture containing a thermoelectric inorganic substance using a thermoelectric inorganic substance doped with an interhalogen compound; And
A method for producing a composite laminate to obtain the composite laminate of claim 1 including; mixing and reacting the graphene-containing mixture and the thermoelectric-inorganic-containing mixture.
제13항에 있어서,
상기 열전 무기물이,
열전 무기물과 할로겐간 화합물(interhalogen compound)을 밀폐용기에서 1차 열처리하는 단계; 및
상기 1차 열처리된 결과물을 공기중에서 2차 열처리하는 단계;
상기 2차 열처리된 결과물로부터 할로겐간 화합물을 제거하고 이를 용매에 분산하여 초음파 처리하는 단계를 거쳐 제조된 것인 복합 적층체의 제조방법.
The method of claim 13,
The thermoelectric inorganic material,
Primary heat treatment of a thermoelectric inorganic material and an interhalogen compound in an airtight container; And
Performing a second heat treatment on the resultant of the first heat treatment in air;
The method of manufacturing a composite laminate manufactured by removing the interhalogen compound from the result of the secondary heat treatment and dispersing it in a solvent to perform ultrasonic treatment.
제13항에 있어서,
상기 제1이온성 계면활성제 및 제2이온성 계면활성제가 폴리디알릴디메틸암모늄 클로라이드(PDDA),소듐 도데실 설페이트(SDS), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(CTAB), 트리메틸암모늄 브로마이드(TTAB), 소듐 콜레이트(sodium cholate)(SC), 소듐 데옥시콜레이트(sodium deoxycholate)(DOC), 및 소듐 타우로데옥시콜레이트(sodium taurodeoxycholate)(TDOC) 중에서 선택된 하나 이상인 복합 적층체의 제조방법.
The method of claim 13,
The first and second ionic surfactants are polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA), sodium dodecyl sulfate (SDS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), trimethylammonium bromide (TTAB), sodium cholate. (sodium cholate) (SC), sodium deoxycholate (DOC), and sodium taurodeoxycholate (sodium taurodeoxycholate) (TDOC) at least one selected from the method of manufacturing a composite laminate.
제13항에 있어서,
상기 할로겐간 화합물이 도핑된 열전 무기물은.
열전 무기물과 할로겐간 화합물(interhalogen compound)을 밀폐용기에서 1차 열처리하는 단계; 및
상기 1차 열처리된 결과물을 공기중에서 2차 열처리하는 단계;
상기 2차 열처리된 결과물을 용매에 분산하여 초음파 처리하는 단계를 거쳐 제조된 것인 복합 적층체의 제조방법.
The method of claim 13,
The thermoelectric inorganic material doped with the interhalogen compound is.
Primary heat treatment of a thermoelectric inorganic material and an interhalogen compound in an airtight container; And
Performing a second heat treatment on the resultant of the first heat treatment in air;
A method of manufacturing a composite laminate manufactured by dispersing the resultant secondary heat treatment in a solvent and performing ultrasonic treatment.
제13항에 있어서,
상기 그래핀 함유 혼합물을 얻는 단계, 상기 열전무기물 함유 혼합물을 얻는 단계; 상기 그래핀 함유 혼합물과 상기 열전무기물 함유 혼합물을 혼합하는 단계 중에서 선택된 하나 이상의 단계를 실시할 때, 초음파를 인가하는 복합 적층체의 제조방법.
The method of claim 13,
Obtaining the graphene-containing mixture, obtaining the thermoelectric inorganic substance-containing mixture; When performing one or more steps selected from the steps of mixing the graphene-containing mixture and the thermoelectric-inorganic-containing mixture, a method of manufacturing a composite laminate in which ultrasonic waves are applied.
제13항 내지 제17항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 복합 적층체.A composite laminate manufactured according to the manufacturing method of any one of claims 13 to 17. 삭제delete
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