KR102241105B1 - 전기적 특성이 우수한 유연 열전기소재의 제조방법 - Google Patents

전기적 특성이 우수한 유연 열전기소재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 폴리카보실란을 용해하여 폴리카보실란 용액을 형성하는 단계와, 상기 폴리카보실란 용액과 비극성 유기용매를 혼합하여 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계와, 상기 투명 연갈색 용액을 건조하는 단계와, 건조된 결과물을 섬유화하여 폴리카보실란계 섬유를 수득하는 단계와, 상기 폴리카보실란계 섬유를 큐어링(curing) 하는 단계와, 큐어링된 폴리카보실란계 섬유를 1200∼1400℃의 제1 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 제1 열처리된 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 열처리하여 제1 열처리된 섬유를 결정화하는 단계를 포함하는 유연 열전기소재의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 우수한 전기적 특성을 나타내는 유연 열전기소재를 제조할 수 있다.

Description

전기적 특성이 우수한 유연 열전기소재의 제조방법{Manufacturing method of flexible thermoelectric materials having excellent electrical properties}
본 발명은 유연 열전기소재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기적 특성이 우수한 탄화규소 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 산업의 발전과 함께 차세대 산업으로 유연 전자소자 산업의 시장이 지속적으로 확장되고 있으며, 특히 유연 반도체 또는 유연 디스플레이에 대한 관심이 매우 크게 증가하고 있다.
유연 전자소자는 굽히거나 접을 수 있는 디스플레이 전자소자로까지 발전하고 있으며, 디스플레이 이외에도 태양전지, 센서, RFID, 웨어러블 소자 등 다양한 산업에 적용 가능하여, 큰 성장이 전망되고 있다.
웨어러블 소자는 인체에 부착하여 컴퓨팅이 가능한 모든 종류의 전기/전자 소자로 구성된 모든 기기를 의미한다. 웨어러블 소자의 경우 의료 분야의 융합, 소방안전 분야 뿐만 아니라 군사, 정보통신 분야로의 확대를 위한 새로운 시도가 활발하게 진행 중이다. 웨어러블 소자의 구현을 위해서는 소자의 소형화, 경량화와 함께 저전력 구동화가 필수적이며, 소재의 관점에서 직물과 유사한 특성을 나타내어 굽히거나 접는 경우 등 형태를 변화하는 상황에서도 전기/전자적 성능이 유지되어야 하는 특성이 요구된다. 유연 전자소자용 소재 개발을 통해 초경량화, 디자인의 극대화 등 유연성을 극대화하고 신시장 창출로의 기대가 확대되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1454338호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 우수한 유연 열전기소재의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 폴리카보실란을 용해하여 폴리카보실란 용액을 형성하는 단계와, 상기 폴리카보실란 용액과 비극성 유기용매를 혼합하여 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계와, 상기 투명 연갈색 용액을 건조하는 단계와, 건조된 결과물을 섬유화하여 폴리카보실란계 섬유를 수득하는 단계와, 상기 폴리카보실란계 섬유를 큐어링(curing) 하는 단계와, 큐어링된 폴리카보실란계 섬유를 1200∼1400℃의 제1 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 제1 열처리된 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 열처리하여 제1 열처리된 섬유를 결정화하는 단계를 포함하는 유연 열전기소재의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리카보실란을 톨루엔에 용해하여 상기 폴리카보실란 용액을 형성할 수 있다.
상기 비극성 유기용매는 시클로헥산(Cyclohexane)과 자일렌(xylene)의 혼합 용매일 수 있다.
상기 건조는 120∼200℃의 온도에서 진공오븐에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 큐어링은 150∼250℃의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제1 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제2 열처리는 1350∼1500℃의 제2 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제2 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계에서 Fe, Pt 및 Pd으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속을 더 혼합할 수도 있다.
본 발명에 의해 제조된 유연 열전기소재에 의하면, 우수한 전기적 특성을 나타낸다.
본 발명에 의하면, 저비용으로 유연 열전기소재의 제조가 가능하며, 전기적, 기계적 안정성이 우수하고 유연성이 뛰어난 유연 열전기소재를 제조할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 실험예 1에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 2a 및 도 2b는 실험예 2에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유의 X선-회절(XRD; X-ray diffraction) 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유의 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연 열전기소재의 제조방법은, 폴리카보실란을 용해하여 폴리카보실란 용액을 형성하는 단계와, 상기 폴리카보실란 용액과 비극성 유기용매를 혼합하여 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계와, 상기 투명 연갈색 용액을 건조하는 단계와, 건조된 결과물을 섬유화하여 폴리카보실란계 섬유를 수득하는 단계와, 상기 폴리카보실란계 섬유를 큐어링(curing) 하는 단계와, 큐어링된 폴리카보실란계 섬유를 1200∼1400℃의 제1 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 제1 열처리된 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 열처리하여 제1 열처리된 섬유를 결정화하는 단계를 포함한다.
상기 폴리카보실란을 톨루엔에 용해하여 상기 폴리카보실란 용액을 형성할 수 있다.
상기 비극성 유기용매는 시클로헥산(Cyclohexane)과 자일렌(xylene)의 혼합 용매일 수 있다.
상기 건조는 120∼200℃의 온도에서 진공오븐에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 큐어링은 150∼250℃의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제1 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제2 열처리는 1350∼1500℃의 제2 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제2 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계에서 Fe, Pt 및 Pd으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속을 더 혼합할 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유연 열전기소재의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
열전기 소자는 가정용(냉/온수기, 제습기, 자판기, 차량용냉장고, 에어컨, 가정용냉장고 등), 산업용(공작기계 기판 냉각용, 분전반 냉각기, 열량계, 반도체용 설비 등), 우주항공용(블랙박스 냉각장치, 항공전자에어장치 냉각설비, 열조절장비 및 발전기, 발열기, 냉각기 등), 군사용(적외선탐지기, 미사일 유도용 회로 냉각기, 레이저 관측장비 등), 의료용(항온조, 혈액보관기, 발열기 냉각용 등) 등의 분야에 적용되고 있다.
열전기 소재로서 칼코지나이드(chalcogenides)계, 스커터루다이트(skutterudite)계, 클라스레이트(clathrates)계, 반-호이슬러(half-Heusler)계, 진틀상(zintl phase) 등 무기물 기반의 반도체 재료를 이용하여 특성을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 종래 무기소재 기반의 열전기 소재들은 취성이 높고, 산화 안정성이 떨어지며, 가격이 고가라는 단점이 존재한다.
유연 열전자소자는 체온을 이용한 발전(power generation)이 가능하여 장시간 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 에너지 하베스팅을 통한 발전이라는 점에서 친환경적이다.
본 발명의 발명자들은 저비용으로 공정이 가능하며, 전기적, 기계적 안정성이 우수하고, 유연성이 뛰어난 소재로서 유연 열전기소재, 특히 탄화규소 섬유를 개발하고자 하였다.
유연소자용 열전기 소재로 탄화규소 섬유는 고온 내산화성 복합재의 보강용 소재로 개발되었다. 탄화규소 섬유는 1200℃ 이상의 고온에서 기계적 특성이 저하되지 않으며, 이 온도에서 비정상입성장이나 크리프(creep)에 의한 강도저하도 발생하지 않는다.
탄화규소 섬유의 원료로서 폴리카보실란(PCS)을 섬유의 프리세라믹(preceramic) 전구체로 사용한다. 폴리카보실란(PCS)은 폴리디메틸실란(PDMS)를 출발물질로 보론과 알루미늄 유기금속화합물을 촉매로 사용하여 합성할 수 있다.
폴리카보실란을 용해하여 폴리카보실란 용액을 형성한다. 상기 폴리카보실란을 톨루엔에 용해하여 상기 폴리카보실란 용액을 형성할 수 있다. 더욱 구체적으로, 핫플레이트, 오토클레이브(autoclave) 등을 이용하여 폴리카보실란(PCS)을 톨루엔 용액에 용해하여 폴리카보실란 용액을 합성할 수 있다.
상기 폴리카보실란 용액과 비극성 유기용매를 혼합하여 투명 연갈색 용액을 형성한다. 상기 비극성 유기용매는 시클로헥산(Cyclohexane)과 자일렌(xylene)의 혼합 용매일 수 있다. 상기 시클로헥산(Cyclohexane)과 상기 자일렌(xylene)은 0.5:1∼2:1 정도의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 폴리카보실란 용액과 상기 비극성 유기용매은 0.5:1∼2:1 정도의 부피비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 폴리카보실란 용액과 상기 비극성 유기용매를 혼합하여 상기 투명 연갈색 용액을 형성할 때, Fe, Pt 및 Pd으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속을 더 혼합할 수도 있다.
상기 투명 연갈색 용액을 건조한다. 상기 건조는 120∼200℃의 온도에서 진공오븐에서 수행하는 것이 바람직하다.
건조된 결과물을 싱글홀(single hole) 장비나 멀티홀(multi hole) 장비 등을 이용하여 섬유화하여 폴리카보실란계 섬유를 수득한다. 싱글홀(single hole) 장비는 한가닥의 섬유를 뽑아내는 장비를 일컬으로, 멀티홀(multi hole) 장비는 2가닥 이상의 섬유를 뽑아내는 장비를 지칭한다.
상기 폴리카보실란계 섬유를 큐어링(curing) 한다. 상기 큐어링은 150∼250℃ 정도의 온도, 바람직하게는 160∼210℃ 정도의 온도, 더욱 바람직하게는 170∼190℃ 정도의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
큐어링된 폴리카보실란계 섬유를 1200∼1400℃의 제1 온도, 더욱 바람직하게는 1200∼1400℃의 제1 온도에서 제1 열처리 한다. 상기 제1 열처리는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
제1 열처리된 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 열처리하여 제1 열처리된 섬유를 결정화한다. 상기 제2 열처리는 1350∼1500℃ 정도의 제2 온도, 더욱 바람직하게는 1400∼1450℃ 정도의 제2 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 제2 열처리 온도가 높으면 유연 열전기소재(탄화규소 섬유)의 결정립이 증가하게 된다. 상기 제2 열처리는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 전기적 특성의 향상을 위해 불활성 분위기 가스 열처리를 이용하여 유연 열전기소재(탄화규소 섬유)의 결정성을 강화하여 열전기적 특성을 유지 및 향상시킬 수 있다. 상술한 제2 열처리를 수행함으로써 유연 열전기소재(탄화규소(SiC) 섬유)의 전기전도도가 향상될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실험예 1>
출발원료로 폴리카보실란(PCS)(TBMTech. Co., Ltd., Korea, 분자량 7416 및 녹는점 191℃)을 준비하였다.
핫플레이트 위에서 상기 폴리카보실란(PCS)을 톨루엔 용액에 용해하여 폴리카보실란 용액을 합성하였다.
시클로헥산(Cyclohexane)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 80.74℃, 139℃, 144℃) 및 자일렌(xylene)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 139℃, 144℃, 138℃)이 1:1의 부피비로 혼합된 비극성 유기용매를 준비하였다.
상기 폴리카보실란 용액과 상기 비극성 유기용매를 1:1의 부피비로 혼합하고 실온에서 24시간 교반하여 투명 연갈색 용액을 얻었다.
상기 투명 연갈색 용액을 진공오븐에서 170℃에서 24시간 동안 건조하였다.
건조된 결과물을 싱글홀(single hole) 장비를 이용하여 섬유화하여 PCS계 섬유를 수득하였다.
섬유화된 각 섬유(PCS계 섬유)를 170 ~ 190℃ 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 큐어링(curing)을 실시하였다.
큐어링된 PCS계 섬유(Cured PCS계 섬유)를 1300℃ 온도에서 아르콘 가스 분위기에서 열처리하여 탄화규소(SiC) 섬유를 수득하였다.
<실험예 2>
출발원료로 폴리카보실란(PCS)(TBMTech. Co., Ltd., Korea, 분자량 7416 및 녹는점 191℃)을 준비하였다.
핫플레이트 위에서 상기 폴리카보실란(PCS)을 톨루엔 용액에 용해하여 폴리카보실란 용액을 합성하였다.
시클로헥산(Cyclohexane)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 80.74℃, 139℃, 144℃) 및 자일렌(xylene)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 139℃, 144℃, 138℃)이 1:1의 부피비로 혼합된 비극성 유기용매를 준비하였다.
상기 폴리카보실란 용액과 상기 비극성 유기용매를 1:1의 부피비로 혼합하고 실온에서 24시간 교반하여 투명 연갈색 용액을 얻었다.
상기 투명 연갈색 용액을 진공오븐에서 170℃에서 24시간 동안 건조하였다.
건조된 결과물을 싱글홀(single hole) 장비를 이용하여 섬유화하여 PCS계 섬유를 수득하였다.
섬유화된 각 섬유(PCS계 섬유)를 170℃ ~ 190℃의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 큐어링(curing)을 실시하였다.
큐어링된 PCS계 섬유(Cured PCS계 섬유)를 1300℃의 온도에서 아르콘 가스 분위기에서 제1 열처리하여 하였다.
제1 열처리된 섬유의 전기적 특성의 향상을 위해 1400℃의 온도에서 아르곤 가스 분위기에서 제2 열처리하여 탄화규소(SiC) 섬유를 수득하였다.
<실험예 3>
출발원료로 폴리카보실란(PCS)(TBMTech. Co., Ltd., Korea, 분자량 7416 및 녹는점 191℃)을 준비하였다.
핫플레이트 위에서 상기 폴리카보실란(PCS)을 톨루엔 용액에 용해하여 폴리카보실란 용액을 합성하였다.
시클로헥산(Cyclohexane)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 80.74℃, 139℃, 144℃) 및 자일렌(xylene)(meta-, ortho-, para-, 각 끓는점 139℃, 144℃, 138℃)이 1:1의 부피비로 혼합된 비극성 유기용매를 준비하였다.
상기 폴리카보실란 용액과 상기 비극성 유기용매를 1:1의 부피비로 혼합하고 실온에서 24시간 교반하여 투명 연갈색 용액을 얻었다.
상기 투명 연갈색 용액을 진공오븐에서 170℃에서 24시간 동안 건조하였다.
건조된 결과물을 싱글홀(single hole) 장비를 이용하여 섬유화하여 PCS계 섬유를 수득하였다.
섬유화된 각 섬유(PCS계 섬유)를 170℃ ~ 190℃의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 큐어링(curing)을 실시하였다.
큐어링된 PCS계 섬유(Cured PCS계 섬유)를 1300℃의 온도에서 아르콘 가스 분위기에서 제1 열처리하여 하였다.
제1 열처리된 섬유의 전기적 특성의 향상을 위해 1450℃의 온도에서 아르곤 가스 분위기에서 제2 열처리하여 탄화규소(SiC) 섬유를 수득하였다.
실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유는 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope)(JEOL, JSM-7100F Aztec)을 이용하여 미세구조를 관찰하고 ZEM3를 이용하여 열전기 분석을 실시하였다.
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 탄화규소 섬유의 특성을 측정하여 비교분석한 결과를 아래의 표 1에 나타었다. 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 각 SiC 섬유는 p-타입(p-type) 특성을 나타내었다.
Samples 분석온도 실험예 1 실험예 2 실험예 2
(℃) 열처리(1300℃) 제1 열처리(1300℃)
제2 열처리(1400℃)
제1 열처리(1300℃)
제2 열처리(1450℃)
Seebeck coefficient
(㎶/K)
50 25 9 12
75 19 9 18
100 17 9 14
도 1a 및 도 1b는 실험예 1에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이고, 도 2a 및 도 2b는 실험예 2에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 3a 및 도 3b는 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유에 대한 EDS(Energy Dispersive Spectrometry) 성분 분석 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
성분 실험예 1 실험예 2 실험예 3
Si 38.74wt% 54.39wt% 40.20wt%
C 32.47wt% 35.37wt% 35.92wt%
O 18.45wt% 10.22wt% 21.92wt%
I 10.34wt% 0.02wt% 1.96wt%
실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 SiC 섬유는 직경이 약 10 ㎛ 크기를 갖는 것으로 분석되었다.
도 4는 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유의 X선-회절(XRD; X-ray diffraction) 결과를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, X-선회절(XRD) 분석 결과, β상의 SiC 섬유가 형성된 것을 확인하였다. 셰러(Scherrer) 법을 이용하여 SiC 결정립의 크기를 계산하였다. 셰러(Scherrer)는 시료의 선폭 βsample에 평균 결정립자 크기 D를 관련시키는 공식(아래의 수학식)을 유도하였다(이 때 변형률과 같은 다른 효과는 무시함).
[수학식]
Figure 112019073508377-pat00001
여기서 θ는 일반적인 브랙각(Bragg angle)이고, λ는 파장이며, K는 이론에서 가정된 상수(예: cubic시료의 경우 0.9)이다. β와 D는 역수의 관계이며, 결정립의 크기가 작아지면 피크(peak)가 브로드(broad) 해지며, 결정립의 크기가 커지면 피크(peak)은 샤프(sharp) 해진다. 위의 수학식을 이용하여 결정립을 계산한 결과, 실험예 1에 따라 1300℃에서 열처리한 경우는 2.3nm 였던 반면, 실험예 2에 따라 1300℃에서 제1 열처리하고 1400℃에서 제2 열처리한 경우에는 2.51nm, 그리고 실험예 3에 따라 1300℃에서 제1 열처리하고 1450℃에서 제2 열처리한 경우에는 3.12 nm로 증가하는 것으로 분석되었다. 열처리 온도가 증가하면서 결정립이 증가하는 것으로 나타났다.
도 5는 실험예 1 내지 실험예 3에 따라 제조된 탄화규소(SiC) 섬유의 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 전기전도도를 분석한 결과, 실험예 1에 따라 1300℃에서 열처리하여 제조된 SiC 섬유에 비하여, 실험예 2에 따라 1300℃에서 제1 열처리하고 1400℃에서 제2 열처리하여 제조된 SiC 섬유나, 실험예 3에 따라 1300℃에서 제1 열처리하고 1450℃에서 제2 열처리하여 제조된 SiC 섬유의 전기전도도가 10배 증가한 것으로 분석되었다. 열처리 온도가 증가함에 따라 결정립의 크기가 증가하여 전기전도도가 상승한 것으로 판단된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 폴리카보실란을 용해하여 폴리카보실란 용액을 형성하는 단계;
    상기 폴리카보실란 용액과 비극성 유기용매를 혼합하여 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계;
    상기 투명 연갈색 용액을 건조하는 단계;
    건조된 결과물을 섬유화하여 폴리카보실란계 섬유를 수득하는 단계;
    상기 폴리카보실란계 섬유를 큐어링(curing) 하는 단계;
    큐어링된 폴리카보실란계 섬유를 1200∼1400℃의 제1 온도에서 제1 열처리하는 단계;
    제1 열처리된 섬유를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 제2 열처리하여 제1 열처리된 섬유를 결정화하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 열처리는 상기 제1 온도보다 높은 1350∼1500℃의 제2 온도에서 수행하고,
    상기 투명 연갈색 용액을 형성하는 단계에서 Fe, Pt 및 Pd으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전이금속을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리카보실란을 톨루엔에 용해하여 상기 폴리카보실란 용액을 형성하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비극성 유기용매는 시클로헥산(Cyclohexane)과 자일렌(xylene)의 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 건조는 120∼200℃의 온도에서 진공오븐에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 큐어링은 150∼250℃의 온도에서 아이오딘 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 열처리는 불활성 가스 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유연 열전기소재의 제조방법.
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113260101B (zh) * 2021-05-17 2022-02-11 东南大学 一种抗低温柔性热电材料、热电池及其制备方法
KR102716786B1 (ko) 2022-03-03 2024-10-15 한국세라믹기술원 SiC 섬유의 전기적 및 기계적 특성 제어 방법
CN115710092B (zh) * 2022-11-21 2024-02-02 宁波大学 一种超柔性硫系热电纤维

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4510824B2 (ja) * 2004-06-23 2010-07-28 帝人株式会社 無機系繊維、繊維構造体およびその製造方法
KR101554004B1 (ko) * 2014-03-18 2015-09-17 데크컴퍼지트 주식회사 그린섬유의 손상없이 균일한 물성을 갖는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 실리콘카바이드 섬유
KR101582584B1 (ko) 2013-12-19 2016-01-05 한국세라믹기술원 폴리카보실란 섬유의 습식 불융화 방법 및 이를 포함하는 탄화규소섬유의 제조방법
CN106757529A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 西北工业大学 具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4510824B2 (ja) * 2004-06-23 2010-07-28 帝人株式会社 無機系繊維、繊維構造体およびその製造方法
KR101582584B1 (ko) 2013-12-19 2016-01-05 한국세라믹기술원 폴리카보실란 섬유의 습식 불융화 방법 및 이를 포함하는 탄화규소섬유의 제조방법
KR101554004B1 (ko) * 2014-03-18 2015-09-17 데크컴퍼지트 주식회사 그린섬유의 손상없이 균일한 물성을 갖는 실리콘카바이드 섬유의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 실리콘카바이드 섬유
CN106757529A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 西北工业大学 具有电磁吸波效应的柔性疏水碳化硅纳米纤维布的制备方法

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