KR102248813B1 - Method for manufacturing porous thermoelectric material and thermoelectric device comprising porous thermoelectric material - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a porous thermoelectric material including micro-pores, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric element having increased thermoelectric performance by including the porous thermoelectric material. In the present invention, it is easy to adjust a pore size and porosity included in a thermoelectric material and due to regular pores included in a manufactured thermoelectric material, thermoelectric performance can be increased by greatly reducing thermal conductivity without significantly lowering electrical conductivity and a Seebeck coefficient.

Description

다공성 열전재료의 제조방법 및 상기 다공성 열전재료를 포함하는 열전 소자 {METHOD FOR MANUFACTURING POROUS THERMOELECTRIC MATERIAL AND THERMOELECTRIC DEVICE COMPRISING POROUS THERMOELECTRIC MATERIAL}Method of manufacturing a porous thermoelectric material and a thermoelectric device including the porous thermoelectric material {METHOD FOR MANUFACTURING POROUS THERMOELECTRIC MATERIAL AND THERMOELECTRIC DEVICE COMPRISING POROUS THERMOELECTRIC MATERIAL}

본 발명은 미세 기공을 포함하는 다공성 열전재료 및 이의 제조방법, 상기 다공성 열전재료를 포함하여 열전 성능이 개선된 열전 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a porous thermoelectric material including micropores and a method for manufacturing the same, and to a thermoelectric device including the porous thermoelectric material with improved thermoelectric performance.

열전기술은 일반적으로 열에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 열에너지로 고체 상태에서 직접 변환하는 기술로서, 열에너지를 전기에너지로 변환하는 열전발전 및 전기에너지를 열에너지로 변환하는 열전냉각 분야에 응용되고 있다. 이러한 열전발전 및 열전냉각을 위해 사용되는 열전재료는 열전특성이 증가할수록 열전소자의 성능이 향상된다. 그 열전성능을 결정하는 것은, 열기전력(V), 제벡 계수(α), 펠티어 계수(π), 톰슨 계수(τ), 네른스트 계수(Q), 에팅스하우젠 계수(P), 전기 전도율(σ), 출력 인자(PF), 성능 지수(Z), 무차원성능지수(ZT=α2σT/κ (여기에서, T는 절대온도이다)), 열전도율(κ), 로렌츠수(L), 전기 저항율(ρ) 등의 물성이다. 특히, 무차원 성능지수(ZT)는 열전 변환 에너지 효율을 결정하는 중요한 요소로서, 성능 지수(Z=α2σ/κ)의 값이 큰 열전 재료를 사용하여 열전 소자를 제조함으로써, 냉각 및 발전의 효율을 높일 수 있게 된다. 즉, 열전재료는 제벡 계수와 전기전도도가 높을수록, 열전도도가 낮을수록, 우수한 열전성능을 가지게 된다.Thermoelectric technology is a technology that directly converts thermal energy into electrical energy and electrical energy into thermal energy in a solid state, and is applied in the field of thermoelectric power generation that converts thermal energy into electrical energy and thermoelectric cooling that converts electrical energy into thermal energy. The thermoelectric material used for such thermoelectric power generation and thermoelectric cooling improves the performance of the thermoelectric element as the thermoelectric property increases. The thermoelectric performance is determined by thermoelectric power (V), Seebeck coefficient (α), Peltier coefficient (π), Thompson coefficient (τ), Nernst coefficient (Q), Ettingshausen coefficient (P), and electrical conductivity (σ). ), output factor (PF), figure of merit (Z), dimensionless performance index (ZT=α2σT/κ (where T is the absolute temperature)), thermal conductivity (κ), Lorentz number (L), electrical resistivity ( ρ), etc. In particular, the dimensionless figure of merit (ZT) is an important factor in determining the energy efficiency of thermoelectric conversion, and the efficiency of cooling and power generation by manufacturing a thermoelectric element using a thermoelectric material having a high value of the figure of merit (Z=α2σ/κ) Will be able to increase. That is, the thermoelectric material has excellent thermoelectric performance as the Seebeck coefficient and electrical conductivity are higher and the thermal conductivity is lower.

한편 열전재료는 일반적으로 열전재료를 구성하는 원료를 용해 및 응고시켜 모합금을 제조한 후, 이를 가압 성형하고 소결하여 제조된다. 이러한 열전재료들은 제조방법이나 조건 등에 일부 차이가 있을 뿐, 원하는 수준의 제벡계수, 전기전도도, 열전도도 등을 확보하기가 어려웠다. Meanwhile, the thermoelectric material is generally manufactured by melting and solidifying raw materials constituting the thermoelectric material to produce a master alloy, followed by pressing and sintering it. These thermoelectric materials have some differences in manufacturing methods and conditions, and it has been difficult to secure desired levels of Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal conductivity.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열전 재료 내에 다공성을 확보하여 전기전도도는 유지하면서 열전도도를 감소시켜 성능 향상 및 사용량 감소를 동시에 구현할 수 있는 열전재료의 신규 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 다공성 열전재료를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. The present invention has been devised to solve the above-described problems, and the method and method for manufacturing a thermoelectric material that can simultaneously improve performance and reduce the amount of use by reducing thermal conductivity while maintaining electrical conductivity by securing porosity in the thermoelectric material. It is a technical problem to provide a porous thermoelectric material manufactured by

또한 본 발명은 전술한 다공성 열전재료를 포함하는 열전소자를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.In addition, the present invention is another technical problem to provide a thermoelectric device including the above-described porous thermoelectric material.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention can be more clearly explained by the following detailed description and claims.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 (i) 열전재료용 원료를 용해 및 응고시켜 모합금을 형성하는 단계; (ii) 상기 모합금을 급속냉각시켜 금속 리본을 형성하는 단계; (iii) 상기 금속리본과 소정 온도 이상에서 열분해되는 고분자를 혼합하여 비활성 분위기하에서 분쇄하는 단계; 및 (iv) 상기 단계 (iii)의 분쇄물을 상기 고분자의 열분해 온도보다 높은 온도로 소결하는 단계;를 포함하는 다공성 열전재료의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention comprises the steps of: (i) dissolving and solidifying a raw material for a thermoelectric material to form a master alloy; (ii) rapidly cooling the master alloy to form a metal ribbon; (iii) mixing the metal ribbon and a polymer that is pyrolyzed at a predetermined temperature or higher, and pulverizing it in an inert atmosphere; And (iv) sintering the pulverized product of step (iii) at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the polymer.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 소결에 의해 열분해되어 복수 개의 기공을 형성하고 제거될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the pyrolytic polymer may be pyrolyzed by sintering to form and remove a plurality of pores.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 200 내지 500℃의 열분해 온도를 갖는 열가소성 고분자, 천연 고분자 및 수용성 고분자로 구성된 군에서 선택될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the pyrolytic polymer may be selected from the group consisting of a thermoplastic polymer having a pyrolysis temperature of 200 to 500°C, a natural polymer, and a water-soluble polymer.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 열분해 후 잔류탄소 함량이 5.0% 이하일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thermally decomposable polymer may have a residual carbon content of 5.0% or less after thermal decomposition.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 폴리브로모니에티드 바이페닐(PBB), 폴리비닐알콜(PVA), 및 에틸셀룰로오스(EC)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the thermally decomposable polymer is polymethyl methacrylate (PMMA), polybutyl methacrylate (PBMA), polybromoniated biphenyl (PBB), polyvinyl alcohol (PVA), And it may be one or more selected from the group consisting of ethyl cellulose (EC).

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 5 내지 50㎛의 평균 입경(D50)을 갖는 구형 입자일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thermally decomposable polymer may be spherical particles having an average particle diameter (D 50) of 5 to 50 μm.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열분해성 고분자는 당해 금속 리본의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 첨가될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thermally decomposable polymer may be added in an amount of 0.1 to 2 parts by weight based on the total weight of the metal ribbon.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (iv)는 상기 단계 (iii)의 분쇄물을 성형몰드에 투입하고 핫프레스(Hot Press)하여 소결되는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, step (iv) may be sintered by putting the pulverized product of step (iii) into a molding mold and hot pressing.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열전재료는 Bi-Te계 열전재료 및 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계 열전재료 중 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the thermoelectric material may be at least one of a Bi-Te thermoelectric material and a Skuttrudite thermoelectric material.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 열전재료의 기공율은 0.1 내지 10%이며, 기공 크기는 5 내지 50 ㎛이며, 밀도는 90 내지 99.9%일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the porous thermoelectric material may have a porosity of 0.1 to 10%, a pore size of 5 to 50 μm, and a density of 90 to 99.9%.

또한 본 발명은 전술한 방법에 의해 제조된 다공성 열전재료를 제공한다.In addition, the present invention provides a porous thermoelectric material manufactured by the above-described method.

아울러, 본 발명은 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 각각 배치된 제1 전극과 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 복수의 열전 레그; 상기 제1 전극과 상기 열전 레그 사이, 및 상기 열전 레그와 상기 제2 전극 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재를 포함하며, 상기 복수의 열전 레그 중 적어도 하나는 전술한 다공성 열전재료를 포함하는 열전 소자를 제공한다. In addition, the present invention is a first substrate; A second substrate disposed opposite to the first substrate; A first electrode and a second electrode respectively disposed between the first and second substrates; A plurality of thermoelectric legs interposed between the first electrode and the second electrode; A thermoelectric element comprising a bonding material disposed between at least one of the first electrode and the thermoelectric leg, and between the thermoelectric leg and the second electrode, wherein at least one of the plurality of thermoelectric legs includes the aforementioned porous thermoelectric material Provides.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 접합재는 Sn계 솔더; 또는 상기 Sn계 솔더 및 평균 가지상 길이가 5 내지 50 ㎛인 금속 덴드라이트(dendrite)를 포함하는 조성을 가질 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the bonding material is Sn-based solder; Alternatively, it may have a composition including the Sn-based solder and metal dendrite having an average branch length of 5 to 50 μm.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 열전 소자는 냉각, 발전, 및 박막형 센서 중 적어도 하나의 용도에 적용될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thermoelectric element may be applied to at least one of cooling, power generation, and thin-film sensor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전소재 제조시 소결공정에 의해 열분해 가능한 고분자를 기공 형성제로 사용함으로써 미세 기공 크기와 가공도를 균일하게 함유하는 다공성 열전재료를 용이하게 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when a thermoelectric material is manufactured, a porous thermoelectric material uniformly containing a micropore size and workability can be easily manufactured by using a polymer that can be pyrolyzed by a sintering process as a pore former.

또한 본 발명에서는 비(非)다공성 열전재료에 비해 열전재료의 사용량을 절감하여 경제적이며, 열전 재료 내 함유된 규칙적인 기공으로 인해 전기전도도와 제백계수를 크게 저하시키지 않으면서 열전도도를 감소시켜 열전 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, in the present invention, compared to non-porous thermoelectric materials, it is economical by reducing the amount of use of thermoelectric materials, and due to the regular pores contained in the thermoelectric material, the thermal conductivity is reduced without significantly lowering the electrical conductivity and the Seebeck coefficient. It can improve performance.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다. The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법의 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 열전재료의 모식도이다.
도 3은 열분해성 고분자의 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 6은 열분해성 고분자의 온도에 따른 열분해율 그래프이다.
도 7은 실시예 1 내지 12, 및 비교예 1의 열전 소자를 이용한 파워팩터 그래프이다.
도 8은 실시예 1 내지 12, 및 비교예 1의 열전 소자를 이용한 열전성능 지수 그래프이다.
1 is a process flow chart of a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a thermoelectric material according to the manufacturing method of the present invention.
3 is an electron micrograph of a pyrolytic polymer.
4 is a perspective view showing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph of a thermal decomposition rate according to temperature of a thermally decomposable polymer.
7 is a power factor graph using the thermoelectric elements of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1.
8 is a graph of a thermoelectric performance index using the thermoelectric elements of Examples 1 to 12 and Comparative Example 1. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이때 본 명세서 전체 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구조를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is described below. It is not limited to examples. In this case, the same reference numerals refer to the same structure throughout the present specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used with meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, so the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. In the drawings, the thicknesses are enlarged in order to clearly express various layers and regions. In addition, in the drawings, for convenience of description, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 그리고, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, throughout the specification, the term "above" or "on" means not only the case that is located above or below the target part, but also includes the case where there is another part in the middle, and must always refer to the direction of gravity. It does not mean that it is located above the standard. In addition, in the present specification, terms such as "first" and "second" do not represent any order or importance, but are used to distinguish components from each other.

아울러, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, the term "on a plane" means when the target part is viewed from above, and when "cross-sectional" refers to when the target part is viewed from the side when a vertically cut section is viewed from the side.

본 발명에서는 열전 소자 제조시 열분해율이 높고 입자 사이즈 조절이 용이한 기공 형성제를 열전재료와 혼용(混用)함으로써, 소정의 기공 크기와 기공도로 다공질화된 열전재료를 이용하여 열전 특성을 개선하고자 한다. In the present invention, by mixing a pore former with a thermoelectric material having a high thermal decomposition rate and easy particle size control when manufacturing a thermoelectric device, it is intended to improve thermoelectric properties by using a thermoelectric material that is porous with a predetermined pore size and porosity. do.

상기와 같이 열전 재료 내 일부 기공(pore)이 함유될 경우, 전기전도도에는 큰 영향을 주지 않지만 열전도도 감소를 유도할 수 있어 열전 성능 지수(ZT)값이 향상될 수 있다. 이에 따라 보다 우수한 열전소자의 제작이 가능해질 뿐만 아니라 열전 재료의 사용량을 감소시켜 비용을 절감시킬 수 있다. When some pores are contained in the thermoelectric material as described above, the electrical conductivity is not significantly affected, but the thermal conductivity may be reduced, so that the thermoelectric performance index (ZT) value may be improved. Accordingly, it is possible to manufacture a more excellent thermoelectric device, as well as to reduce the cost by reducing the amount of use of thermoelectric materials.

특히, 본 발명에서는 종래 무기와 유기 성분이 포함된 복합형 기공 형성제 대신 소결공정의 적용온도 범위에서 열분해되는 유기 성분의 열분해성 고분자를 기공 형성제로 채택하여 사용한다. 이러한 열분해성 고분자는 열전소재 분말(예, 금속 리본)와 혼합되어 볼밀로 분쇄한 후 상기 분쇄물을 핫 프레스(HP)를 통해 소결을 실시하게 된다. 이때 상기 열분해성 고분자는 열분해율이 높은 유기 성분이므로, 사용하는 열분해성 고분자의 입자 직경, 함량, 형상 등을 조절함에 따라 소결 후 기공의 직경, 기공도 등을 용이하게 제어할 수 있다. 또한 열분해시 잔류 탄소가 거의 존재하지 않기 때문에, 소결 공정에 의해 열분해 및/또는 탄화에 의해 제거될 경우, 잔류물에 의한 열전소자의 제반특성 저하 없이, 미세 기공(pore) 형성을 통한 열전도도 감소 및 열전 성능 향상을 확보할 수 있다. In particular, in the present invention, instead of the conventional composite pore former containing inorganic and organic ingredients, a thermally decomposable polymer of an organic ingredient that is thermally decomposed in the application temperature range of the sintering process is adopted and used as the pore former. The thermally decomposable polymer is mixed with a powder of a thermoelectric material (eg, a metal ribbon), pulverized with a ball mill, and then sintered through a hot press (HP). At this time, since the pyrolytic polymer is an organic component having a high thermal decomposition rate, the diameter and porosity of the pores after sintering can be easily controlled by adjusting the particle diameter, content, and shape of the pyrolytic polymer to be used. In addition, since there is almost no residual carbon during pyrolysis, when it is removed by pyrolysis and/or carbonization by the sintering process, the thermal conductivity is reduced through the formation of micropores without deteriorating the general characteristics of the thermoelectric element due to the residue. And it is possible to secure an improvement in thermoelectric performance.

<다공성 열전재료의 제조방법><Method of manufacturing porous thermoelectric material>

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 다공성 열전재료의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method of manufacturing a porous thermoelectric material according to an embodiment of the present invention will be described. However, it is not limited only by the following manufacturing method, and the steps of each process may be modified or selectively mixed and performed as necessary.

본 발명은 열전 발전 및 냉각용 열전소재로 사용되는 통상적인 열전재료를 다공질화하는 것으로서, 구체적으로 열전재료용 원료를 급속응고법(RSP)을 통해 금속리본을 형성한 후 분쇄(예, 볼밀법) 및 소결(예, Hot Press)하되, 상기 소결공정의 적용온도 범위에서 열분해 가능한 고분자를 기공 형성제로 사용하여 다공성(多孔性) 열전재료를 제조한다.In the present invention, a conventional thermoelectric material used as a thermoelectric material for thermoelectric power generation and cooling is made porous, and specifically, a raw material for thermoelectric material is pulverized after forming a metal ribbon through a rapid solidification method (RSP) (e.g., ball mill method). And sintering (eg, hot pressing), but a porous thermoelectric material is manufactured by using a polymer that can be pyrolyzed within the application temperature range of the sintering process as a pore former.

상기 제조방법의 바람직한 일 실시예를 들면, (i) 열전재료용 원료를 용해 및 응고시켜 모합금을 형성하는 단계('S10 단계'); (ii) 상기 모합금을 급속냉각시켜 금속 리본을 형성하는 단계('S20 단계'); (iii) 상기 금속리본과 열분해성 고분자를 혼합하여 비활성 분위기하에서 분쇄하는 단계('S30 단계'); 및 (iv) 상기 단계 (iii)의 분쇄물을 상기 고분자의 열분해 온도보다 높은 온도로 소결하는 단계('S40 단계')를 포함하여 구성될 수 있다. In a preferred embodiment of the manufacturing method, (i) dissolving and solidifying a raw material for a thermoelectric material to form a master alloy ('S10 step'); (ii) rapidly cooling the master alloy to form a metal ribbon ('S20 step'); (iii) mixing the metal ribbon and the thermally decomposable polymer and pulverizing it in an inert atmosphere ('S30 step'); And (iv) sintering the pulverized product of step (iii) at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the polymer ('S40 step').

한편 도 1은 본 발명에 따른 다공성 열전재료의 제조방법을 각 단계별로 도시한 개념도이다. 이하, 도 1을 참고하여 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method of manufacturing a porous thermoelectric material according to the present invention in each step. Hereinafter, the manufacturing method will be described by dividing each process step with reference to FIG. 1 as follows.

(i) 모합금 형성 단계('S10 단계')(i) master alloy formation step ('S10 step')

본 단계는 다공성 열전재료를 구성하는 화학양론적 비율에 맞게 열전 재료의 원료를 혼합하고 용해 및 응고시켜 모합금을 형성하는 단계이다.In this step, the raw material of the thermoelectric material is mixed in accordance with the stoichiometric ratio constituting the porous thermoelectric material, dissolved and solidified to form a master alloy.

본 발명에 따른 열전재료는 당 분야에 알려진 통상의 열전재료를 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 사용 가능한 열전재료의 비제한적인 예로는, Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Half heusler) 또는 이들의 조합 등이 있다. 바람직하게는 Bi-Te계 또는 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계 열전재료일 수 있다. The thermoelectric material according to the present invention may be a conventional thermoelectric material known in the art, and is not particularly limited. Non-limiting examples of usable thermoelectric materials include Bi-Te-based, Co-Sb-based, Pb-Te-based, Ge-Tb-based, Si-Ge-based, Sb-Te-based, Sm-Co-based, transition metal silicide-based , Skuttrudite-based, silicide-based, half-whisler, or a combination thereof. Preferably, it may be a Bi-Te-based or Skuttrudite-based thermoelectric material.

일례로 Bi-Te계 열전재료를 제조할 경우, 상기 S10 단계에서 열전재료용 원료는 Bi, Te, Sb 및 Se 등을 사용할 수 있으며, 이는 냉각/발전용의 조성에 따라 상이할 수 있다.For example, in the case of manufacturing a Bi-Te-based thermoelectric material, Bi, Te, Sb, and Se may be used as raw materials for the thermoelectric material in step S10, which may differ depending on the composition for cooling/power generation.

사용 가능한 열전재료용 원료로는, Bi 및 Te를 주재로 하고, 여기에 n형과 p형에 따라 각각 Se 또는 Sb 성분을 추가로 포함하는 조성일 수 있다. 일례로, 상기 Bi 원료와 Te 원료는, Bi2Te3ㅁ0.2의 화학양론 조성에 따른 비율로 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 Bi2Te3ㅁ0.15일 수 있다. As a usable raw material for a thermoelectric material, Bi and Te may be used as main materials, and the composition may further include Se or Sb components, respectively, depending on n-type and p-type. For example, the Bi raw material and the Te raw material may be mixed in a ratio according to the stoichiometric composition of Bi 2 Te 3ㅁ0.2 , preferably Bi 2 Te 3ㅁ0.15 .

본 발명의 일 구체예를 들면, 상기 열전재료용 원료는, (i) Bi 및 Sb로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 제1원소; 및 Te 및 Se로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 제2원소를 포함하는 조성의 원료를 포함하는 조성일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 n형 열전재료용 원료가 Bi-Te-Se계 합금 조성일 경우, 전체 100 중량%를 기준으로 Bi 50~55 중량%, Te 40~45 중량%, 및 Se 3~4 중량%를 포함하는 조성일 수 있다. 또한 p형 열전재료용 원료가 Bi-Sb-Te계 합금 조성일 경우, 전체 100 중량%를 기준으로 Bi 10~15 중량%, Sb 25~30 중량%, Te 55~60 중량%를 포함하는 조성일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the raw material for the thermoelectric material includes: (i) at least one first element selected from the group consisting of Bi and Sb; And it may be a composition comprising a raw material of a composition comprising at least one second element selected from the group consisting of Te and Se. More specifically, when the raw material for the n-type thermoelectric material is a Bi-Te-Se-based alloy composition, 50 to 55% by weight of Bi, 40 to 45% by weight of Te, and 3 to 4% by weight of Se based on 100% by weight of the total It may be a composition containing. In addition, when the raw material for the p-type thermoelectric material is a Bi-Sb-Te alloy composition, the composition may include 10 to 15% by weight of Bi, 25 to 30% by weight of Sb, and 55 to 60% by weight of Te based on 100% by weight of the total. have.

본 발명에서는 제조하고자 하는 열전재료의 조성에, 도핑원소 분말을 첨가할 수 있다. In the present invention, a doping element powder may be added to the composition of the thermoelectric material to be manufactured.

도핑 원소(dopant)는 Bi-Te계 열전재료가 n형 또는 p형 특성을 갖도록 하기 위해 도입된 것이므로, n형 또는 p형 열전 재료에 사용될 수 있는 당 분야의 통상적인 성분을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로 Al, Sn, Mn, Ag, Cu 및 Ga로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속일 수 있다. 전술한 금속 성분을 도핑함으로써, 열전 성능을 향상시킬 수 있다. 이때 도핑되는 상기 1종 이상의 금속 함량은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 전체 중량 대비 0.001~1 중량% 범위일 수 있다. Since the doping element (dopant) is introduced to make the Bi-Te-based thermoelectric material have n-type or p-type properties, conventional components in the art that can be used for n-type or p-type thermoelectric materials can be used without limitation. . For example, it may be one or more metals selected from the group consisting of Al, Sn, Mn, Ag, Cu, and Ga. By doping the above-described metal component, it is possible to improve thermoelectric performance. At this time, the content of the one or more metals to be doped is not particularly limited, and for example, may be in the range of 0.001 to 1% by weight based on the total weight.

본 발명에서, 열전재료의 크기와 형태는 특별히 한정되지 않으나, 약 2 내지 5mm 크기의 괴상 형태일 수 있다. 또한 상기 열전재료의 순도는 5N 이상의 고순도인 것이 바람직하다. In the present invention, the size and shape of the thermoelectric material are not particularly limited, but may be in the form of a mass having a size of about 2 to 5 mm. In addition, it is preferable that the purity of the thermoelectric material is 5N or higher.

상기 S10 단계의 일 구체예를 들면, 전술한 열전재료용 원료를 석영관(Quartz)에 장입한 후, 진공상태의 석영관을 퍼니스에 장입하여 600~1000℃의 온도에서 1-10시간 동안 10~15회/분 속도로 교반 및 용해시켜 모합금을 형성한다.As a specific example of the step S10, after charging the above-described raw material for thermoelectric material into a quartz tube, a quartz tube in a vacuum state is charged into the furnace, and the temperature is 600 to 1000°C for 1-10 hours. Stir and dissolve at a rate of ~15 times/min to form a master alloy.

급속응고법(R.S.P)을 이용하여 리본(Ribbon)을 제조하기 위해서는, 균일한 열전재료(예, Bi2-Te3계)의 모합금을 제조하여야 한다. 이에 따라, 상기 모합금은 Φ30 * 100㎜ 이나 대략 Φ 20~30 * 100~150㎜ 크기로 제조될 수 있다. 상기 S10 단계를 통해 제조된 5N 이상의 고순도를 갖는 Bi-Te계이거나 또는 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계 합금일 수 있다. In order to manufacture a ribbon using the rapid solidification method (RSP), a master alloy of a uniform thermoelectric material (eg, Bi 2 -Te 3 system) must be manufactured. Accordingly, the master alloy may be manufactured in a size of Φ30 * 100㎜ or approximately Φ 20 ~ 30 * 100 ~ 150㎜. It may be a Bi-Te-based or a Skuttrudite-based alloy having a high purity of 5N or more prepared through the step S10.

(ii) 금속리본 형성단계 ('S20 단계')(ii) Metal ribbon formation step ('S20 step')

본 단계에서는 이전 단계에서 수득된 열전재료의 모합금을 급속응고법(R.S.P)을 통해 복합 미세구조를 갖는 금속리본(예, Bi-Te계)을 제조한다.In this step, a metal ribbon (eg, Bi-Te-based) having a complex microstructure is manufactured through a rapid solidification method (R.S.P) of the master alloy of the thermoelectric material obtained in the previous step.

상기 S20 단계의 일 구체예를 들면, 상기 모합금 잉곳을 용융 방사 장비에 설치된 노즐에 장입한 후 열을 공급하고 지속적으로 유지할 수 있는 발열체를 이용하여 완전히 용해시켜 용융물을 형성하고, 이후 상기 용융물에 불활성 가스를 가압하고 분사시켜, 회전하는 고속회전 휠(wheel) 표면에 용융물을 접촉시켜 급속냉각시키는 것이다. 이를 통해 열전재료(예, Bi-Te계)의 금속 리본이 형성된다. As an example of the step S20, after charging the master alloy ingot into a nozzle installed in a melt spinning equipment, heat is supplied and completely dissolved using a heating element that can be continuously maintained to form a melt, and then in the melt. By pressurizing and spraying an inert gas, the melt is brought into contact with the surface of a rotating high-speed rotating wheel for rapid cooling. Through this, a metal ribbon made of a thermoelectric material (eg, Bi-Te-based) is formed.

여기서, 상기 발열체는 열을 지속적으로 공급하고 유지시킬 수 있다면 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 저항 발열체를 사용할 수 있다. 일례로, 전류를 공급받아 발열하는 저항 발열체를 사용할 수 있다. 사용 가능한 저항 발열체의 비제한적인 예를 들면, 전기로 타입의 히터, 예컨대 그래파이트(Graphite) 히터로 온도를 제어할 수 있다.Here, the heating element is not particularly limited as long as it can continuously supply and maintain heat, and a conventional resistance heating element known in the art may be used. For example, a resistance heating element that generates heat by receiving current may be used. As a non-limiting example of the usable resistance heating element, it is possible to control the temperature with an electric furnace type heater, for example, a graphite heater.

이때 저항 발열체가 발열하는 온도 범위는 열전 재료(Bi-Te계)의 모합금을 완전히 용해시킬 수 있는 범위이기만 하면 특별히 한정되지 않으며, 일례로 500 내지 800℃ 바람직하게는 600 내지 700℃ 범위로 유지되는 것이다. At this time, the temperature range at which the resistance heating element generates heat is not particularly limited as long as it is a range capable of completely dissolving the master alloy of the thermoelectric material (Bi-Te type), and for example, it is maintained in the range of 500 to 800°C, preferably 600 to 700°C. It becomes.

또한 비활성 가스의 종류나 가압 범위 역시 특별히 한정되지 않으며, 일례로 아르곤 가스 등을 이용하여 0.1~0.5 MPa 범위로 가압 분사시키는 것이 바람직하다.In addition, the type or the pressurization range of the inert gas is not particularly limited, and it is preferable to pressurize injection in the range of 0.1 to 0.5 MPa using argon gas or the like as an example.

상기 S20 단계에서, 상기 용융물과 접촉하는 고속회전 휠은 당 분야에 알려진 통상적인 휠을 사용할 수 있으며, 일례로 구리 휠(Cu wheel) 등이 있다. 여기서 고속회전 휠의 회전 속도는 특별히 한정되지 않으며, 일례로 휠 선속도는 5~50m/s 범위 일 수 있다. 전술한 조건을 만족할 경우 휠의 표면과 접촉하는 용융물이 급속 냉각됨과 동시에 두께가 얇고 미세구조를 갖는 열전소재의 합금 리본이 형성될 수 있다.In the step S20, the high-speed rotating wheel in contact with the melt may be a conventional wheel known in the art, for example a copper wheel (Cu wheel). Here, the rotation speed of the high-speed rotation wheel is not particularly limited, and for example, the linear speed of the wheel may be in the range of 5 to 50 m/s. When the above-described conditions are satisfied, the melt in contact with the surface of the wheel is rapidly cooled, and an alloy ribbon made of a thermoelectric material having a thin thickness and a microstructure may be formed.

본 발명에서는, 용해된 모합금의 냉각속도를 조절함으로써, 균일 입도 제어가 가능하며, 일반적으로 냉각속도가 느린 경우 나노 크기의 비결정성 분말을 제조할 수 있으며, 또는 미립자 분말의 제조가 가능하게 된다. 또한, 원료의 농도와 종류에 따라 제조 조건을 달리하여 제조할 수 있다.In the present invention, by controlling the cooling rate of the dissolved master alloy, uniform particle size control is possible, and in general, when the cooling rate is slow, nano-sized amorphous powder can be prepared, or fine particle powder can be prepared. . In addition, it can be manufactured by varying the manufacturing conditions according to the concentration and type of raw materials.

전술한 공정을 거친 모합금은 급속냉각(RSP) 공정을 통해 결정질이 되는 것이 아니라 비결정성 조직과 결정성 조직이 혼재(婚材)된 상태로 응고되게 된다. 이때, 급속냉각 속도가 매우 빠른 경우에는 리본 형태로 제조가 되지만, 냉각속도를 조절하면 수백 나노미터 크기를 가지는 분말이 단순 연결된 반리본 상으로도 제조할 수도 있다. The master alloy that has undergone the above-described process does not become crystalline through a rapid cooling (RSP) process, but is solidified in a state in which an amorphous structure and a crystalline structure are mixed. At this time, if the rapid cooling rate is very fast, it is manufactured in the form of a ribbon, but when the cooling rate is adjusted, powder having a size of several hundred nanometers may be manufactured as a simple connected half-ribbon.

전술한 S20 단계의 급속냉각을 통해 두께가 얇은 열전재료(예, Bi-Te계) 리본이 형성될 수 있다. 일례로, 제조된 금속리본의 길이는 5 내지 15mm이며, 폭은 0.5 내지 5mm이며, 두께가 10 ㎛ 이하일 수 있다. The thermoelectric material (eg, Bi-Te-based) ribbon having a thin thickness may be formed through the rapid cooling in step S20 described above. For example, the length of the manufactured metal ribbon may be 5 to 15 mm, the width may be 0.5 to 5 mm, and the thickness may be 10 μm or less.

(iii) 금속리본의 파쇄/분쇄 단계 ('S30 단계')(iii) Metal ribbon crushing/crushing step ('S30 step')

본 단계에서는, 용해된 모합금의 직접 분사에 의해 급속 응고되어 취성이 높은 리본상 원료를 파쇄시, 소정의 열분해성 고분자를 투입하여 미세 입도와 형상을 가지는 나노 크기의 비결정성 미세분말과 열분해성 고분자가 균일하게 혼합된 분쇄물을 제조한다. In this step, when crushing ribbon-like raw materials with high brittleness due to rapid solidification by direct spraying of the molten mother alloy, a predetermined thermally decomposable polymer is added to the nano-sized amorphous fine powder having a fine particle size and shape and thermal decomposition. A pulverized product in which polymers are uniformly mixed is prepared.

이때 본 발명에서는 다공성 열전재료를 제조하기 위해서, 전술한 금속 리본과 함께 소정의 온도에서 열분해되는 열분해성 고분자를 기공 형성제로 첨가하여 분쇄를 실시한다. At this time, in the present invention, in order to manufacture a porous thermoelectric material, pulverization is performed by adding a thermally decomposable polymer that is pyrolyzed at a predetermined temperature together with the metal ribbon as a pore former.

종래 기공 형성제는 유기 성분과 무기 성분을 모두 포함하는 복합 성분을 사용하였다. 이러한 기공 형성제는 열처리 이후 유기 성분이 제거되어 기공 구조가 형성되는 반면, 무기 성분이 최종 열전 재료에 잔류하게 되므로, 원치 않는 금속 잔류물로 인해 열전 재료의 성능 저하가 초래될 수 있다. 또한 종래 기공 형성제는 무기 성분이 포함되어 있기 때문에, 원하는 기공 크기나 기공 크기 등을 조절하기가 어려웠다. In the conventional pore former, a composite component including both an organic component and an inorganic component was used. The pore-forming agent removes the organic component after heat treatment to form a pore structure, whereas the inorganic component remains in the final thermoelectric material, and thus the performance of the thermoelectric material may be deteriorated due to unwanted metal residues. In addition, since the conventional pore formers contain inorganic components, it has been difficult to control the desired pore size or pore size.

이에 비해, 본 발명에서 채택하는 열분해성 고분자는 별도의 열처리 공정의 실시 없이, 후술되는 성형 및 소결공정에 의해 열분해되어 복수 개의 기공을 형성함과 동시에 제거되는 유기 성분이다. 이러한 열분해성 고분자는 열전 재료에 소정의 기공 크기와 기공크기를 형성하는 기공 형성제이면서, 소결 이후 잔류 탄소의 함량이 최소화되는 물질이므로, 잔류물에 의한 열전재료의 성능 저하가 근본적으로 방지될 수 있다. 또한 상기 열분해성 고분자는 열분해에 100% 열분해되는 유기 성분이므로, 사용되는 고분자의 평균 입경, 함량, 형상 등을 조절함으로써 소결 후 기공의 크기, 형상 및 기공도를 용이하게 제어할 수 있다. In contrast, the thermally decomposable polymer employed in the present invention is an organic component that is thermally decomposed by a molding and sintering process to be described later to form a plurality of pores and removed at the same time without performing a separate heat treatment process. These pyrolytic polymers are pore formers that form a predetermined pore size and pore size in the thermoelectric material, and since the content of residual carbon is minimized after sintering, deterioration of the performance of the thermoelectric material due to residues can be fundamentally prevented. have. In addition, since the pyrolytic polymer is an organic component that is 100% pyrolyzed during pyrolysis, the size, shape, and porosity of pores after sintering can be easily controlled by adjusting the average particle diameter, content, and shape of the polymer used.

상기 열분해성 고분자는 후술되는 소결 공정의 적용온도에 의해 열분해 및 탄화되어 제거되는 물질이라면, 이의 성분, 함량, 형상 등에 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상의 고분자, 공중합체, 수지 등을 사용할 수 있다. 그 외, 단분자 화합물을 사용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. The pyrolytic polymer is not particularly limited in its components, content, shape, etc., as long as it is pyrolyzed and carbonized by the application temperature of the sintering process described later, and is removed, and conventional polymers, copolymers, resins, etc. Can be used. In addition, the use of monomolecular compounds is also within the scope of the present invention.

일 구체예를 들면, 상기 열분해성 고분자는 200 내지 500℃의 열분해 온도를 갖는 열가소성 고분자, 천연 고분자 및 수용성 고분자로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 또한 상기 열분해성 고분자는 소결에 의해 열분해 후 잔류탄소 함량이 5.0% 이하일 수 있으며, 구체적으로 당해 열분해성 고분자의 전체 100%를 기준으로 0 내지 1.0% 이하, 보다 구체적으로 0 내지 0.5% 이하일 수 있다. For example, the thermally decomposable polymer may be selected from the group consisting of a thermoplastic polymer having a thermal decomposition temperature of 200 to 500°C, a natural polymer, and a water-soluble polymer. In addition, the thermally decomposable polymer may have a residual carbon content of 5.0% or less after thermal decomposition by sintering, specifically 0 to 1.0% or less, more specifically 0 to 0.5% or less based on the total 100% of the pyrolytic polymer. .

사용 가능한 열분해성 고분자의 비제한적인 예로는, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 폴리브로모니에티드 바이페닐(PBB), 폴리비닐알콜(PVA), 에틸 셀룰로오스(EC), 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 그 외, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 글루코스, 프럭토스, 수크로오스, 크실로스, 전분, 셀룰로스 등을 사용할 수도 있다. 분해온도가 상대적으로 낮으며 잔류 탄소가 존재하지 않는 PMMA, PBMA 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 특히 PMMA, PBMA 등은 대략 400℃에서 100% 열분해가 진행되므로, 잔류물이 거의 발생되지 않는다. Non-limiting examples of the pyrolytic polymer that can be used include polymethyl methacrylate (PMMA), polybutyl methacrylate (PBMA), polybromoniated biphenyl (PBB), polyvinyl alcohol (PVA), ethyl cellulose (EC), or mixtures thereof. In addition, polyethylene, polypropylene, glucose, fructose, sucrose, xylose, starch, cellulose, and the like can also be used. PMMA, PBMA or mixtures thereof having a relatively low decomposition temperature and no residual carbon are preferred. In particular, PMMA, PBMA, etc. undergoes 100% thermal decomposition at approximately 400°C, so that almost no residue is generated.

본 발명에서는 사용되는 열분해성 고분자의 입자 직경, 형상 및 이의 함량에 따라 소결 이후 형성되는 기공 직경이나 기공도, 기공 형상 등을 용이하게 조절할 수 있다. In the present invention, it is possible to easily adjust the pore diameter, porosity, pore shape, etc. formed after sintering according to the particle diameter, shape, and content of the pyrolytic polymer used.

이에 따라, 상기 열분해성 고분자의 크기는 특별히 제한되지 않으며, 형성되는 기공도와 기공 크기를 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 상기 열분해성 고분자의 평균 입경(D50)은 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 30 ㎛일 수 있다. 그리고 열분해성 고분자의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 구형, 삼각형 이상의 다각형 형상, 침상형, 판형, 또는 무정형일 수 있다. 바람직하게는 구형(spherical)의 입자이며, 보다 바람직하게는 구형도가 우수한 진구형일 수 있다. Accordingly, the size of the thermally decomposable polymer is not particularly limited, and may be appropriately adjusted in consideration of the porosity and the pore size to be formed. For example, the average particle diameter (D 50 ) of the thermally decomposable polymer may be 5 to 50 μm, and specifically 5 to 30 μm. In addition, the shape of the thermally decomposable polymer is not particularly limited, and may be, for example, a spherical, triangular or more polygonal shape, acicular, plate, or amorphous. It is preferably spherical (spherical) particles, more preferably may be a spherical shape with excellent sphericity.

또한 열분해성 고분자의 첨가량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 금속리본 분쇄물의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 첨가될 수 있다. In addition, the addition amount of the thermally decomposable polymer is not particularly limited, and as an example, it may be added in an amount of 0.1 to 2 parts by weight based on the total weight of the pulverized metal ribbon.

상기 S30 단계의 분쇄공정은 당 분야에 알려진 통상적인 파쇄/분쇄 공정을 제한 없이 실시할 수 있으며, 일례로 볼밀법을 이용하여 분쇄할 수 있다. 이때 분쇄되는 분말의 입경은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 열전재료(예, Bi-Te계)와 열분해성 고분자가 혼합된 분쇄물의 평균 입경은 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 100 ㎛ 범위로 조절될 수 있다. The pulverization process of step S30 may be performed without limitation in a conventional crushing/crushing process known in the art, and for example, pulverization may be performed using a ball mill method. At this time, the particle size of the powder to be pulverized is not particularly limited, and may be appropriately adjusted within a range known in the art. For example, the average particle diameter of a pulverized product obtained by mixing a thermoelectric material (eg, Bi-Te-based) and a thermally decomposable polymer may be 100 μm or less, preferably 10 to 100 μm.

금속리본의 산화도 제어를 위해서, 전술한 파쇄/분쇄 공정을 비활성 분위기하에서 실시하게 된다. 이때 비활성 가스의 종류나 압력 범위는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 질소 가스, 아르곤 가스 또는 이들이 혼합된 분위기일 수 있다. In order to control the degree of oxidation of the metal ribbon, the crushing/crushing process described above is performed in an inert atmosphere. At this time, the type or pressure range of the inert gas is not particularly limited, and may be, for example, nitrogen gas, argon gas, or an atmosphere in which they are mixed.

상기와 같이 산소가 비포함된 조건에서 분쇄를 실시함에 따라, 분쇄된 분말 내 산소 함량을 감소시켜 산화도를 낮게 제어할 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 분쇄물은, 산소가 포함된 대기 조건하에서 실시된 분쇄물에 비해, 대략 30% 이상, 구체적으로 30~45% 범위로 산소 함량을 감소시킬 수 있으며, 바람직하게는 당해 분쇄물 내 산소 함량을 0.03% 이하, 바람직하게는 0.02 내지 0.03% 범위로 제어할 수 있다.As the pulverization is carried out under the condition that oxygen is not included as described above, the oxidation degree can be controlled to be low by reducing the oxygen content in the crushed powder. As an example, the pulverized product according to the present invention can reduce the oxygen content in the range of about 30% or more, specifically 30 to 45%, compared to the pulverized product carried out under atmospheric conditions containing oxygen, and preferably the The oxygen content in the pulverized product can be controlled to be 0.03% or less, preferably in the range of 0.02 to 0.03%.

(iv) 성형 및 소결 단계 ('S40 단계')(iv) forming and sintering step ('S40 step')

본 단계에서는 상기 단계에서 얻은 금속 리본의 분쇄물과 열분해성 고분자의 혼합물을 압출 공정을 예비 성형체를 제조한 후, 가압 소결을 통해 고밀도의 열전 소재를 제조한다. In this step, the mixture of the pulverized metal ribbon and the thermally decomposable polymer obtained in the above step is extruded to produce a preform, and then a high-density thermoelectric material is manufactured through pressure sintering.

본 S40 단계에서는, 가압소결 공정에서의 고밀도를 확보하기 위해 일정 형상의 성형체를 제조한다. In this step S40, a molded article having a predetermined shape is manufactured to ensure high density in the pressure sintering process.

상기 압축 공정은 당 분야에 알려진 통상적인 방법을 사용할 수 있으며, 일례로 냉간 프레스 또는 압축기를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 압축 조건은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 압축 조건하에서 적절히 조절할 수 있다. The compression process may use a conventional method known in the art, and as an example, it is preferable to use a cold press or a compressor. In addition, the compression conditions are not particularly limited, and may be appropriately adjusted under conventional compression conditions known in the art.

이어서, 상기 예비 성형체를 소결하여 고밀도 및 다공성을 가진 열전 재료를 제조한다. Subsequently, the preform is sintered to prepare a thermoelectric material having high density and porosity.

본 발명에서 사용 가능한 가압소결법으로는 핫 프레스(Hot Press, HP) 등이 있다. The pressurized sintering method usable in the present invention includes a hot press (HP) and the like.

여기서, 가압 소결 조건은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 200 내지 500℃의 온도에서 40 내지 80분 동안 20 내지 80 MPa 압력, 구체적으로 40 내지 70 MPa의 압력 하에서 Hot Press 장치를 이용하여 소결을 진행할 수 있다. 전술한 조건보다 작을 경우 원하는 기공크기와 기공도를 가질 수가 없게 되며, 전술한 조건을 초과할 경우 Te의 증기압이 높아 휘발되어 목적 조성에 적합하지 않게 되며, 이로 인해 열전 성능 지수가 저하될 가능성이 높다.Here, the pressure sintering conditions are not particularly limited, and for example, sintering can be performed using a hot press device under a pressure of 20 to 80 MPa, specifically 40 to 70 MPa for 40 to 80 minutes at a temperature of 200 to 500°C. have. If it is smaller than the above condition, it is impossible to have the desired pore size and porosity, and if the above condition is exceeded, the vapor pressure of Te is high and volatilization becomes unsuitable for the target composition. high.

한편 도 2는 성형 및 소결 단계에 따라 열분해성 고분자가 포함된 열전재료의 구조 변화를 나타내는 모식도이다. Meanwhile, FIG. 2 is a schematic diagram showing a change in the structure of a thermoelectric material containing a pyrolytic polymer according to the molding and sintering steps.

도 2를 참조하여 S40 단계를 설명하면, 도 2(a)는 압출 공정을 통해 소정의 규격으로 제조된 예비 성형체로서, 상기 예비 성형체는 열전재료로 이루어진 매트릭스 내에 소정의 입경과 형상을 갖는 열분해성 고분자가 랜덤하게 분포되어 있는 구조를 나타낸다. Referring to FIG. 2, step S40 is described, FIG. 2 (a) is a preform manufactured to a predetermined standard through an extrusion process, wherein the preform has a predetermined particle diameter and shape in a matrix made of a thermoelectric material. It shows a structure in which polymers are randomly distributed.

이어서 핫프레스(HP) 장치를 이용하여 상기 예비 성형체를 소결할 경우 온도가 상승함에 따라 열분해성 고분자가 서서히 열분해 및/또는 탄화됨에 따라 고분자의 부피가 감소하게 되고(도 2(b) 참조), 결과적으로 고분자의 열분해가 완료되면 고분자가 제거된 자리에 복수의 기공(pore)이 존재하는 다공성 구조가 형성된다(도 2(c) 참조). 이러한 복수의 기공은 규칙적으로 분포하거나 또는 불규칙(random)하게 형성될 수 있으며, 서로 연결되지 않는 폐쇄형이거나 또는 3차원적으로 서로 연결된 개방형 기공 구조일 수도 있다. Subsequently, when the preform is sintered using a hot press (HP) device, the volume of the polymer decreases as the heat decomposable polymer is gradually pyrolyzed and/or carbonized as the temperature increases (see FIG. 2(b)), As a result, when the thermal decomposition of the polymer is completed, a porous structure is formed in which a plurality of pores exist at the site from which the polymer is removed (see FIG. 2(c)). Such a plurality of pores may be regularly distributed or irregularly formed, and may be a closed type that is not connected to each other, or may have an open pore structure that is connected to each other in three dimensions.

전술한 제조방법을 통해 제조된 본 발명의 다공성 열전재료는 미세 기공 크기와 균일한 기공도를 가질 수 있다. The porous thermoelectric material of the present invention manufactured through the above-described manufacturing method may have a fine pore size and a uniform porosity.

일 구체예를 들면, 상기 다공성 열전재료의 기공율은 0.1 내지 10%이며, 구체적으로 0.5 내지 5%일 수 있다. 또한 상기 다공성 열전재료에 포함된 기공 크기는 사용되는 열분해성 고분자의 평균 입경에 따라 용이하게 조절될 수 있다. 일례로, 기공 크기는 5 내지 50 ㎛일 수 있다. For example, the porosity of the porous thermoelectric material may be 0.1 to 10%, specifically 0.5 to 5%. In addition, the pore size included in the porous thermoelectric material can be easily adjusted according to the average particle diameter of the pyrolytic polymer to be used. For example, the pore size may be 5 to 50 μm.

다른 일 구체예를 들면, 상기 다공성 열전재료는 상대 밀도가 90 내지 99.9%일 수 있으며, 구체적으로 92% 내지 99.9%일 수 있다. 또한 비활성 가스 분위기 하에서 분쇄공정을 수행하였으므로, 산화도가 조절되어 당해 열전재료 내 산소 함량을 소정 범위 이하로 제어할 수 있다.For another embodiment, the porous thermoelectric material may have a relative density of 90 to 99.9%, and specifically 92% to 99.9%. In addition, since the pulverization process is performed in an inert gas atmosphere, the degree of oxidation is adjusted so that the oxygen content in the thermoelectric material can be controlled within a predetermined range.

<열전 소자> <Thermoelectric element>

본 발명의 열전 소자는 전술한 다공성 열전 재료를 구비하는 것으로서, 열전 발전 및/또는 냉각용 소자를 모두 포함한다. The thermoelectric device of the present invention includes the aforementioned porous thermoelectric material, and includes all thermoelectric power generation and/or cooling devices.

본 발명의 일 실시형태에 따른 열전 소자는, 서로 대향하는 2개의 기판; 상기 2개의 기판의 상부 및 하부에 각각 배치된 도전성 전극 및 복수 개의 열전 재료(열전 레그); 및 상기 열전재료와 도전성 전극 사이에 배치된 접합층을 포함하며, 상기 복수 개의 열전 레그 중 적어도 하나는 전술한 다공성 열전재료를 포함한다. A thermoelectric element according to an embodiment of the present invention includes two substrates facing each other; A conductive electrode and a plurality of thermoelectric materials (thermoelectric legs) respectively disposed above and below the two substrates; And a bonding layer disposed between the thermoelectric material and the conductive electrode, wherein at least one of the plurality of thermoelectric legs includes the aforementioned porous thermoelectric material.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전 소자의 바람직한 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the thermoelectric device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자(100)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 상기 열전 소자(100)의 단면도이다. 4 is a perspective view schematically showing the structure of the thermoelectric device 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the thermoelectric device 100.

도 4 및 5를 참조하면, 상기 열전 소자(100)는, 제1 기판(11); 상기 제1 기판(11)과 대향 배치된 제2 기판(11); 상기 제1 기판(11)과 제2 기판(11) 사이에 각각 배치된 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b); 상기 제1 전극(20a)과 상기 제2 전극(20b) 사이에 개재된 복수의 열전 레그(30); 및 상기 제1 전극(20a)과 상기 열전 레그(30) 사이와, 상기 열전 레그(30)와 제2 전극(20b) 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재(40)를 포함한다. 4 and 5, the thermoelectric element 100 may include a first substrate 11; A second substrate 11 disposed opposite to the first substrate 11; A first electrode 20a and a second electrode 20b disposed between the first and second substrates 11 and 11, respectively; A plurality of thermoelectric legs 30 interposed between the first electrode 20a and the second electrode 20b; And a bonding material 40 disposed between at least one of between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30 and between the thermoelectric leg 30 and the second electrode 20b.

이하, 열전 소자의 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, each configuration of the thermoelectric element will be described in detail.

제1기판(11)과 제2기판(11)은 각각 열전 소자(100)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으키는 것으로, 당 분야에 공지된 통상의 전기 절연성 재질로 구성될 수 있다. 일례를 들면, 제1기판(11)과 제2기판(11)은 각각 Al2O3, AlN, SiC 및 ZrO2 중 하나 또는 그 이상의 조성으로 구성되는 세라믹 기판일 수 있다. 또는 고내열성 절연성 수지나 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성될 수도 있다. Each of the first substrate 11 and the second substrate 11 causes heat generation or endothermic reaction when power is applied to the thermoelectric element 100, and may be made of a conventional electrical insulating material known in the art. For example, the first substrate 11 and the second substrate 11 may be ceramic substrates composed of one or more of Al 2 O 3 , AlN, SiC, and ZrO 2, respectively. Alternatively, it may be composed of a high heat-resistant insulating resin or engineering plastic.

또한 상기 제1기판(11)과 제2기판(11)은 당 분야에 공지된 통상의 도전성 금속 재질로 구성된 금속 기판일 수 있다. 일례를 들면, 제1기판(11)과 제2기판(11)은 각각 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 포함할 수 있다. In addition, the first substrate 11 and the second substrate 11 may be metal substrates made of a conventional conductive metal material known in the art. For example, the first substrate 11 and the second substrate 11 are at least one metal selected from aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt (Co), respectively. It may include.

이때 상기 제1기판(11)과 제2기판(11) 상에 전극(20a, 20b)이 직접적으로 배치될 경우 전기적으로 도통하게 되므로, 이들 사이에는 전기절연성 물질이 개재(介在)되어야 한다. 이에 따라, 제1 전극(20a)이 배치되는 제1기판(11)의 일면 상에 제1절연층(미도시)이 형성되고, 제2 전극(20b)이 배치되는 제2기판(11)의 일면 상에 제2절연층(미도시)이 형성되며, 상기 제1절연층과 제2절연층은 서로 마주보도록 대향 배치된다.In this case, when the electrodes 20a and 20b are directly disposed on the first and second substrates 11 and 11, the electrodes 20a and 20b are electrically conductive, so an electrical insulating material must be interposed therebetween. Accordingly, a first insulating layer (not shown) is formed on one surface of the first substrate 11 on which the first electrode 20a is disposed, and the second substrate 11 on which the second electrode 20b is disposed. A second insulating layer (not shown) is formed on one surface, and the first insulating layer and the second insulating layer are disposed to face each other.

제1절연층과 제2절연층는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 성막이 용이한 전기절연성 물질을 사용할 수 있다. 일례로, 절연성 수지를 단독 사용하거나 또는 상기 절연성 수지와 세라믹 필러(분말)의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 구체예를 들면, 제1절연층과 제2절연층은 각각 세라믹 필러가 포함된 에폭시 수지층일 수 있다The first insulating layer and the second insulating layer may be the same or different from each other, and may be formed of an electrically insulating material that is easy to form a film. For example, an insulating resin may be used alone, or a mixture of the insulating resin and a ceramic filler (powder) may be included. For example, each of the first insulating layer and the second insulating layer may be an epoxy resin layer containing a ceramic filler.

상기 제1 기판(11)과 제2 기판(11)은 각각 평판 형상일 수 있으며, 그 크기나 두께 등에 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 제1 기판(11)과 제2 기판(11) 각각의 두께는 0.5 내지 2mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 1.5mm, 보다 바람직하게는 0.6 내지 0.8mm일 수 있다. Each of the first and second substrates 11 and 11 may have a flat plate shape, and are not particularly limited in size or thickness. For example, the thickness of each of the first and second substrates 11 and 11 may be 0.5 to 2 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm, more preferably 0.6 to 0.8 mm.

이때 기판의 흡열과 발열의 발생 위치는 전류의 방향에 따라 변경 가능하다. 2개의 기판 중 하나는 흡열반응이 발생하는 흡열부(cold side) 기판이며, 이러한 기판에 방열패드가 적용될 수도 있다. 방열 패드는 실리콘 고분자 또는 아크릴 고분자로 형성될 수 있으며, 0.5 내지 5.0 W/mk 범위의 열 전도도를 가짐으로써 열 전달 효율을 극대화시킬 수 있다. 또한 절연체 역할을 할 수 있다. 또한 2개의 기판 중 다른 하나는 발열부 기판(hot side)일 수 있다. At this time, the location of heat absorption and heat generation of the substrate can be changed according to the direction of the current. One of the two substrates is a cold side substrate in which an endothermic reaction occurs, and a heat dissipation pad may be applied to such a substrate. The heat dissipation pad may be formed of a silicone polymer or an acrylic polymer, and may maximize heat transfer efficiency by having a thermal conductivity in the range of 0.5 to 5.0 W/mk. It can also act as an insulator. Also, the other of the two substrates may be a hot side.

서로 마주보도록 대향 배치된 제1 기판(11)과 제2 기판(11) 상에 각각 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)이 배치된다. 즉, 제1 전극(20a)과 대향하는 위치에 제2 전극(20b)이 배치된다.The first electrode 20a and the second electrode 20b are respectively disposed on the first and second substrates 11 and 11 that are disposed to face each other. That is, the second electrode 20b is disposed at a position facing the first electrode 20a.

제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 전극으로 사용되는 재질을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 제1전극(20a)과 제2전극(20b)은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 코발트(Co) 중 적어도 1종의 금속을 사용할 수 있다. 그 외 니켈, 금, 은, 티타늄 등을 더 포함할 수 있다. 그 크기 또한 다양하게 조절할 수 있다. 바람직하게는 구리(Cu) 전극일 수 있다. Materials of the first electrode 20a and the second electrode 20b are not particularly limited, and materials used as electrodes in the art may be used without limitation. For example, the first electrode 20a and the second electrode 20b are the same or different from each other, and each independently aluminum (Al), zinc (Zn), copper (Cu), nickel (Ni), and cobalt At least one metal of (Co) can be used. In addition, nickel, gold, silver, titanium, and the like may be further included. Its size can also be adjusted in various ways. Preferably, it may be a copper (Cu) electrode.

상기 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)은 소정의 형상으로 패턴화될 수 있으며, 그 형상은 특별히 제한되지 않는다. 또한 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b)이 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 리프트 오프 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다.The first electrode 20a and the second electrode 20b may be patterned in a predetermined shape, and the shape is not particularly limited. In addition, as a method of patterning the first electrode 20a and the second electrode 20b, a conventionally known patterning method may be used without limitation. For example, a lift-off semiconductor process, a vapor deposition method, a photolithography method, or the like can be used.

상기 제1 전극(20a)과 제2 전극(20b) 사이에 복수의 열전 레그(30)가 개재된다.A plurality of thermoelectric legs 30 are interposed between the first electrode 20a and the second electrode 20b.

도 1을 참조하여 설명하면, 열전 레그(30)는 복수의 P형 열전 레그(30a)와 N형 열전 레그(30b)를 각각 포함하며, 이들이 일방향으로 교번하여 배치된다. 이와 같이 일방향으로 이웃하는 P형 열전 레그(30a) 및 N형 열전 레그(30b)는 그 상면 및 하면이 각각 제1전극(20a) 및 제2전극(20b)과 전기적으로 직렬 연결된다. 이러한 각각의 열전 레그(30a, 30b)는 열전반도체 기재를 포함한다.Referring to FIG. 1, the thermoelectric leg 30 includes a plurality of P-type thermoelectric legs 30a and N-type thermoelectric legs 30b, respectively, and they are alternately arranged in one direction. As such, the P-type thermoelectric leg 30a and the N-type thermoelectric leg 30b adjacent in one direction are electrically connected in series with the first and second electrodes 20a and 20b, respectively. Each of these thermoelectric legs 30a and 30b includes a thermoelectric semiconductor substrate.

상기 열전 레그(30)에 포함되는 열전반도체는 전기가 인가되면 양단에 온도차가 발생하거나, 또는 그 양단에 온도차가 발생하면 전기가 발생하는 당 업계의 통상적인 열전 재료로 형성될 수 있으며, 상기 열전 재료 내 규칙적인 기공크기와 기공도를 갖는 다공성(Porosity)이기만 하면, 이의 성분 등에 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 열전반도체를 하나 이상 사용할 수 있다. 여기서, 희토류 원소의 예로는 Y, Ce, La 등이 있으며, 상기 전이금속의 예로는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, 및 Re 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 13족 원소의 예로는 B, Al, Ga, 및 In 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 14족 원소의 예로는 C, Si, Ge, Sn, 및 Pb 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 15족 원소의 예로는 P, As, Sb, 및 Bi 중 하나 이상일 수 있고, 상기 16족 원소의 예로는 S, Se, 및 Te 중 하나 이상을 사용할 수 있다. The thermoelectric semiconductor included in the thermoelectric leg 30 may be formed of a conventional thermoelectric material in the industry that generates electricity when a temperature difference occurs at both ends when electricity is applied, or when a temperature difference occurs at both ends. As long as it is porosity having a regular pore size and porosity in the material, it is not particularly limited to its components. For example, one or more thermoelectric semiconductors including 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. Here, examples of rare earth elements include Y, Ce, and La, and examples of the transition metal include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, It may be one or more of Zn, Ag, and Re, examples of the group 13 element may be one or more of B, Al, Ga, and In, and examples of the group 14 element include C, Si, Ge, Sn, and Pb It may be one or more of, and examples of the group 15 element may be one or more of P, As, Sb, and Bi, and one or more of S, Se, and Te may be used as an example of the group 16 element.

사용 가능한 열전 반도체로는 비스무트(Bi), 텔레륨(Te), 코발트(Co), 사마륨(Sb), 인듐(In), 및 세륨(Ce) 중 적어도 2개 이상을 포함하는 조성으로 이루어진 질 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는, Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Half heusler) 또는 이들의 조합 등이 있다. 구체적인 일례를 들면, Bi-Te계 열전반도체로는 Sb 및 Se가 도펀트로서 사용된 (Bi,Sb)2(Te,Se)3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Co-Sb계 열전반도체로서는 CoSb3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Sb-Te계 열전반도체로서는 AgSbTe2, CuSbTe2를 예시할 수 있고, Pb-Te계 열전반도체로서는 PbTe, (PbTe)mAgSbTe2 등을 예시할 수 있다. 바람직하게는 Bi-Te계 또는 CoSb계 열전 재료로 구성될 수 있다.Usable thermoelectric semiconductors include bismuth (Bi), telelium (Te), cobalt (Co), samarium (Sb), indium (In), and cerium (Ce). And, non-limiting examples thereof include Bi-Te-based, Co-Sb-based, Pb-Te-based, Ge-Tb-based, Si-Ge-based, Sb-Te-based, Sm-Co-based, transition metal silicide-based, scoo Terdite (Skuttrudite) type, silicide type (Silicide) type, Half heusler (Half heusler), or a combination thereof, and the like. For example, as a Bi-Te-based thermoelectric semiconductor, a (Bi,Sb) 2 (Te, Se) 3 -series thermoelectric semiconductor in which Sb and Se are used as dopants may be exemplified, and as a Co-Sb-based thermoelectric semiconductor, CoSb Three- series thermoelectric semiconductors can be exemplified, AgSbTe 2 and CuSbTe 2 can be exemplified as Sb-Te-based thermoelectric semiconductors, and PbTe, (PbTe) mAgSbTe 2 and the like can be exemplified as Pb-Te-based thermoelectric semiconductors. Preferably, it may be made of a Bi-Te-based or CoSb-based thermoelectric material.

상기 열전 레그를 구성하는 다공성 열전 재료의 성분 및 구조 등은 이미 도 1에 도시된 다공성 열전 재료의 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 별도의 설명은 생략한다. 이러한 P형 열전 레그(30a) 및 N형 열전 레그(30b)를 포함하는 열전 레그(30)는 절단 가공 등의 방법으로 소정의 형상, 일례로 직육면체의 형상으로 형성하여 열전 소자에 적용될 수 있다.Components and structures of the porous thermoelectric material constituting the thermoelectric leg may be described with the description of the porous thermoelectric material already shown in FIG. 1 as it is, and thus a separate description will be omitted. The thermoelectric leg 30 including the P-type thermoelectric leg 30a and the N-type thermoelectric leg 30b may be formed in a predetermined shape, for example, a rectangular parallelepiped shape by a method such as cutting, and applied to a thermoelectric element.

본 발명에 따른 열전 소자(100)는, 제1전극(20a)과 열전 레그(30) 사이; 및 상기 열전 레그(30)와 제2전극(20b) 사이 중 적어도 하나, 바람직하게는 이들 모두의 사이에 배치되는 접합재(40)를 포함한다.The thermoelectric element 100 according to the present invention includes: between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30; And a bonding material 40 disposed between at least one of the thermoelectric legs 30 and the second electrode 20b, preferably between all of them.

이러한 접합재(40)는 당 분야에 공지된 통상의 접합재 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 Sn계 솔더를 사용할 수 있다. As the bonding material 40, a conventional bonding material component known in the art may be used without limitation, and Sn-based solder may be used as an example.

일 구체예를 들면, 상기 접합재(40)는 Sn과; Pb, Al, 및 Zn 중 적어도 하나의 제1금속을 포함하는 Sn계 제1 솔더 조성; 또는 상기 제1 솔더;와 Ni, Co, 및 Ag 중 적어도 하나의 제2금속을 포함하는 Sn계 제2 솔더 조성으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the bonding material 40 is Sn; Sn-based first solder composition including at least one first metal of Pb, Al, and Zn; Alternatively, the first solder may be formed of a second Sn-based solder composition including at least one second metal of Ni, Co, and Ag.

다른 일 구체예를 들면, 상기 접합재(40)는 당 분야에 공지된 통상의 Sn계 솔더에, 덴드라이트(樹枝狀, dendrite) 형상의 금속 분말을 포함하는 것을 사용할 수 있다. For another specific example, the bonding material 40 may be a conventional Sn-based solder known in the art, including a metal powder having a dendrite shape.

이러한 금속 덴드라이트는 1개의 주축을 구비하고 있으며 당해 주축으로부터 복수의 가지상이 수직 또는 비스듬히 분기해서, 이차원적 또는 삼차원적으로 성장한 형상을 갖는 도전성 금속 입자이다. 이때, 주축이란 복수의 가지가 분기해 있는 기초가 되는 봉상 부분을 나타낸다. 이러한 금속 덴드라이트의 평균 가지상 길이는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 5 내지 50 ㎛이며, 바람직하게는 5 내지 30 ㎛일 수 있다.Such metal dendrites are conductive metal particles having a shape in which one main axis is provided, and a plurality of branch phases branch from the main axis vertically or obliquely to grow two-dimensionally or three-dimensionally. At this time, the main axis refers to a rod-shaped portion that serves as a basis for branching a plurality of branches. The average branch length of the metal dendrites is not particularly limited, and may be, for example, 5 to 50 µm, and preferably 5 to 30 µm.

일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트에서 주축의 장경(長徑) 길이는, 주축의 총 길이를 의미하는 것으로, 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 또한 상기 금속 덴드라이트에서 복수의 가지상 중 최장 가지상 길이는 5 내지 30 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 10 내지 25 ㎛일 수 있다. 그리고 주축의 장경에 대한 가지의 개수(가지 개수/장경)는 0.5 내지 10 개/㎛, 구체적으로 1 내지 8 개/㎛일 수 있다. 상기 금속 덴드라이트의 평균 입경(D50)은 덴드라이트의 장경 길이를 포함하는 2차원적 크기를 의미하며, 일례로 5 내지 50 ㎛일 수 있으며, 구체적으로 5 내지 30㎛ 일 수 있다. 그 외, 덴드라이트의 주축 굵기는 0.3 내지 5.0 ㎛일 수 있다. 상기 금속 덴드라이트는 전술한 구조적 특징을 가짐에 따라 구형의 금속 입자보다 높은 비표면적을 갖게 된다. 본 발명의 다른 일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트는 BET 측정법에 의해 측정된 비표면적이 0.4 내지 3.0 m2/g일 수 있으며, 구체적으로 0.5 내지 2.0 m2/g일 수 있다. 또한 금속 덴드라이트의 겉보기 밀도는 0.5 내지 1.5 g/㎤ 일 수 있으며, 산소 함량은 0.35 % 이하가 적합하다.For example, in the metal dendrite, the length of the major axis of the main axis means the total length of the main axis, and may be 5 to 50 µm, and specifically 5 to 30 µm. In addition, the length of the longest branch among the plurality of branches in the metal dendrite may be 5 to 30 µm, and specifically 10 to 25 µm. In addition, the number of branches (number of branches/major diameter) with respect to the major axis of the main axis may be 0.5 to 10 pieces/µm, specifically 1 to 8 pieces/µm. The average particle diameter (D 50 ) of the metal dendrites refers to a two-dimensional size including the long diameter length of the dendrites, and may be 5 to 50 μm as an example, and specifically 5 to 30 μm. In addition, the thickness of the main axis of the dendrite may be 0.3 to 5.0 μm. As the metal dendrites have the above-described structural characteristics, they have a higher specific surface area than the spherical metal particles. For another embodiment of the present invention, the metal dendrite may have a specific surface area of 0.4 to 3.0 m 2 /g, measured by a BET measurement method, and specifically 0.5 to 2.0 m 2 /g. In addition, the metal dendrite may have an apparent density of 0.5 to 1.5 g/cm 3, and an oxygen content of 0.35% or less is suitable.

상기 금속 덴드라이트는 전술한 구조적 특징과 물성을 만족한다면, 사용하고자 하는 금속 재질에 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 일례를 들면, 구리 덴드라이트(Cu dendrite), 은(Ag) 코팅된 구리 덴드라이트(Ag coated Cu dendrite), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히 구리(Cu)는 은(Ag)과 전기 전도도가 유사할 뿐만 아니라 경제적이므로 바람직하다. The metal dendrite is not particularly limited to the metal material to be used as long as it satisfies the above-described structural characteristics and physical properties. For a preferred example, copper dendrite (Cu dendrite), silver (Ag) coated copper dendrite (Ag coated Cu dendrite), or a mixture thereof may be used. In particular, copper (Cu) is not only similar in electrical conductivity to silver (Ag), but is also advantageous because it is economical.

본 발명에 따른 접합재에서, 금속 덴드라이트의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 당해 접합재의 총 중량 대비 1 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30 중량%일 수 있다. In the bonding material according to the present invention, the content of the metal dendrite is not particularly limited, and for example, may be included in 1 to 40% by weight based on the total weight of the bonding material, and preferably 5 to 30% by weight.

일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트로서 평균 가지상 길이가 5 내지 20 ㎛인 구리 덴드라이트(Cu dendrite)를 사용하는 경우, 이러한 구리 덴드라이트의 함량은 당해 접합재의 총 중량 대비 1 내지 40 중량%, 바람직하게는 5 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. For example, when using a copper dendrite (Cu dendrite) having an average branch length of 5 to 20 μm as the metal dendrite, the content of this copper dendrite is 1 to 40 weight based on the total weight of the bonding material. It is preferably contained in %, preferably 5 to 30% by weight.

다른 일 구체예를 들면, 상기 금속 덴드라이트로서 평균 가지상 길이가 5 내지 20㎛, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛의 은(Ag) 코팅된 구리 덴드라이트를 사용하는 경우, 당해 접합재의 총 중량 대비 10 내지 30 중량% 범위로 포함되는 것이 바람직하다. In another embodiment, when using silver (Ag)-coated copper dendrite having an average branch length of 5 to 20 μm, preferably 10 to 30 μm as the metal dendrite, based on the total weight of the bonding material It is preferably included in the range of 10 to 30% by weight.

본 발명에서는 접합재 성분으로 금속 덴드라이트를 단독 사용할 수 있으며, 그 외에 다양한 재질, 입경, 및/또는 형상을 갖는 금속 분말을 더 포함하여 접합재 성분으로 혼용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 일례로, 전술한 금속 덴드라이트와, 구형, 침상형, 플레이크상, 무정형 등의 금속 분말을 1종 이상 혼용할 수 있다. In the present invention, metal dendrite may be used alone as a bonding material component, and in addition, metal powders having various materials, particle diameters, and/or shapes are further included as a bonding material component, and are also included in the scope of the present invention. For example, the aforementioned metal dendrite and one or more metal powders such as spherical, acicular, flake, and amorphous may be mixed.

전술한 금속 덴드라이트와 혼용되는 Sn계 솔더는 당 분야에 공지된 통상의 Sn계 솔더 성분을 사용할 수 있다. 바람직한 일례를 들면, 상기 Sn계 솔더는 Sn과; Pb, Al, 및 Zn 중 적어도 하나의 금속을 포함하는 조성을 가질 수 있다. . As the Sn-based solder mixed with the aforementioned metal dendrite, a conventional Sn-based solder component known in the art may be used. For a preferred example, the Sn-based solder is Sn; It may have a composition including at least one metal of Pb, Al, and Zn. .

선택적으로, 본 발명의 열전 소자(100)는 상기 제1 전극(20a)과 열전 레그(30) 사이; 및 상기 열전 레그(30)와 제2 전극(20b) 사이에 배치되는 확산방지층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 확산방지층은 당 분야에 공지된 통상의 성분을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 탄탈늄(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Optionally, the thermoelectric element 100 of the present invention comprises: between the first electrode 20a and the thermoelectric leg 30; And a diffusion barrier layer (not shown) disposed between the thermoelectric leg 30 and the second electrode 20b. The diffusion barrier layer may be used without limitation of conventional components known in the art, for example, including at least one selected from the group consisting of tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), and titanium (Ti). can do.

본 발명에 일 실시예에 따른 열전 소자(100)에서, 제1 전극(20a) 및 제2 전극(20b)은 전력 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다. 외부에서 DC 전압을 인가했을 때 p형 열전 레그(30a)의 정공과 n형 열전 레그(30b)의 전자가 이동함으로써 열전 레그 양단에서 발열과 흡열이 일어날 수 있다.In the thermoelectric element 100 according to an embodiment of the present invention, the first electrode 20a and the second electrode 20b may be electrically connected to a power supply source. When a DC voltage is applied from the outside, holes in the p-type thermoelectric leg 30a and electrons in the n-type thermoelectric leg 30b move, so that heat generation and endothermic heat may occur at both ends of the thermoelectric leg.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 소자(100)에서, 제1전극(20a) 및 제2 전극(20b) 중 적어도 하나는 열 공급원에 노출될 수 있다. 외부 열 공급원에 의하여 열을 공급받으면 전자와 정공이 이동하면서 열전소자에 전류의 흐름이 생겨 발전(發電)을 일으킬 수 있다.In the thermoelectric element 100 according to another embodiment of the present invention, at least one of the first electrode 20a and the second electrode 20b may be exposed to a heat source. When heat is supplied by an external heat source, electrons and holes move, and current flows through the thermoelectric element, which can generate electricity.

전술한 일 실시예에 따른 열전소자는 당 분야에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 이러한 제조방법의 일 실시예를 들면, (a) 2개의 절연성 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 2개의 절연성 기판의 일면 상에 각각 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제1전극과 제2전극이 서로 대향하도록 배치한 후, 이들 사이에 복수 개의 다공질화된 열전 레그를 배치하고 상기 접합재를 이용하여 접합하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 제조방법은 하기 방법이나 순서에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.The thermoelectric device according to the above-described embodiment may be manufactured according to a method known in the art. In one embodiment of such a manufacturing method, (a) preparing two insulating substrates; (b) forming a first electrode and a second electrode on one surface of the two insulating substrates, respectively; And (c) disposing the first electrode and the second electrode to face each other, disposing a plurality of porous thermoelectric legs therebetween, and bonding them using the bonding material. In this case, the manufacturing method is not limited only by the following method or sequence, and the steps of each process may be modified or selectively mixed and performed as necessary.

상기 제조방법에서 열전 재료를 이용하여 열전레그를 제조하는 방법의 일례를 들면, Bi-Te 또는 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계 열전재료를 RSP를 이용하여 용융시킨 후 금속 리본을 제조하고, 상기 금속 리본과 열분해성 고분자를 소정 범위로 혼합한 후 분쇄하고, 상기 분쇄물을 성형 및 핫 프레스(Hot press) 소결 등을 실시하여 다공성 소결체를 형성한다. 이어서, 목적 두께에 맞게 슬라이싱을 진행하고, 최종 두께에 맞게 랩핑(lapping)을 진행하여 소재의 높이를 1/100 이내로 조절한다. 단차가 제어된 열전 소재의 표면에 Co, Ni, Cr, 및 W 등의 표면 코팅을 진행한 후, 최종적으로 재료의 크기에 맞게 다이싱(dicing)을 실시하여 열전 레그가 제조된다. As an example of a method of manufacturing a thermoelectric leg using a thermoelectric material in the above manufacturing method, a metal ribbon is manufactured after melting a Bi-Te or Skuttrudite-based thermoelectric material using RSP, and the metal The ribbon and the thermally decomposable polymer are mixed in a predetermined range and then pulverized, and the pulverized product is formed and hot press sintered to form a porous sintered body. Subsequently, slicing is performed according to the target thickness, and lapping is performed according to the final thickness to adjust the height of the material to within 1/100. After surface coating of Co, Ni, Cr, and W is performed on the surface of the thermoelectric material having a controlled step, dicing is finally performed according to the size of the material, thereby manufacturing a thermoelectric leg.

또한 기판으로는 세라믹 기판이나 금속 기판을 사용하고, 상기 기판의 일면 상에 Cu 전극 패턴을 구성한 후, 열처리하여 고착화시킨다. 이때 금속 기판을 사용할 경우, 전극이 배치되는 금속 기판의 일면 상에 절연성 수지나 또는 상기 절연성 수지와 세라믹 필러(분말)의 혼합물을 도포하여 통전(通電)을 방지한다. In addition, a ceramic substrate or a metal substrate is used as a substrate, and a Cu electrode pattern is formed on one surface of the substrate, followed by heat treatment to fix it. In this case, when a metal substrate is used, an insulating resin or a mixture of the insulating resin and a ceramic filler (powder) is applied on one surface of the metal substrate on which the electrode is disposed to prevent electricity.

상기와 같이 준비된 열전 레그와 기판을 이용하여 제1전극과 제2전극 사이에 복수의 열전 레그를 배치 및 접합한다. 이러한 접합재로는, Sn계 솔더; 또는 상기 Sn 솔더와 금속 덴드라이트(dendrite)가 소정의 혼합비로 포함된 Sn계 솔더 페이스트를 적용한다. 상기 접합 단계의 구체적인 일례를 들면, 제1전극(20a)의 패턴에 맞게 접합재 페이스트를 일정 두께로 도포하고, 그 위에 n형 및 p형의 열전 레그를 배열한다. 이후 반대쪽인 대향전극(제2전극)의 경우 접합재만 도포한 상태에서 기존에 제작되어 있는 n형 및 p형 열전 레그가 배열된 부분에 배치하여 최종 구성을 완료한다. 이어서, 300 내지 500℃로 열처리하여 최종 접합한 후 전선을 연결하여 열전 소자의 제작을 완료한다.A plurality of thermoelectric legs are disposed and bonded between the first electrode and the second electrode using the thermoelectric legs and the substrate prepared as described above. As such a bonding material, Sn-based solder; Alternatively, a Sn-based solder paste containing the Sn solder and metal dendrite at a predetermined mixing ratio is applied. As a specific example of the bonding step, a bonding material paste is applied to a predetermined thickness according to the pattern of the first electrode 20a, and n-type and p-type thermoelectric legs are arranged thereon. Thereafter, in the case of the opposite electrode (second electrode), the final configuration is completed by arranging the existing n-type and p-type thermoelectric legs in a state where only the bonding material is applied. Subsequently, heat treatment is performed at 300 to 500° C., followed by final bonding, and wires are connected to complete the manufacture of the thermoelectric element.

전술한 열전 레그 및/또는 이를 포함하는 열전 소자는 열전냉각시스템, 열전발전시스템, 및/또는 박막형 센서에 구비되어, 냉각, 발전 및 박막형 센서 중 적어도 하나의 용도에 적용될 수 있다. The above-described thermoelectric leg and/or a thermoelectric element including the same is provided in a thermoelectric cooling system, a thermoelectric power generation system, and/or a thin-film sensor, and may be applied to at least one of cooling, power generation, and thin-film sensor.

일례로 이러한 열전발전 시스템은 온도차를 이용하여 발전을 일으키는 통상의 시스템을 의미하며, 일례로 폐열로, 차량용 열전발전 시스템, 태양광 열전발전 시스템 등을 들 수 있다. 또한 열전냉각 시스템은 마이크로 냉각시스템, 범용냉각기기, 공조기, 폐열 발전 시스템 등을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 박막형 센서는 박막형 열전소자 등과 같이 미소전력을 이용한 센서 분야를 모두 포함하는 것이다. For example, such a thermoelectric power generation system refers to a conventional system that generates power by using a temperature difference, and examples include a waste heat furnace, a thermoelectric power generation system for a vehicle, a solar thermoelectric power generation system, and the like. In addition, the thermoelectric cooling system may include a micro cooling system, a general-purpose cooling device, an air conditioner, and a waste heat power generation system, but is not limited thereto. In addition, the thin-film sensor includes all fields of sensors using micro power, such as thin-film thermoelectric devices.

상기 열전발전 시스템, 열전냉각 시스템, 및/또는 박막형 센서 분야의 각 구성 및 제조방법에 대해서는 당 분야에 공지되어 있는 바, 본 명세서에서는 구체적인 기재를 생략한다. 또한 본 발명에서는 동일한 도면 부호로 표시되더라도, 이들은 서로 상이한 구성을 가질 수 있다. Each configuration and manufacturing method in the field of the thermoelectric power generation system, the thermoelectric cooling system, and/or the thin-film sensor are known in the art, and detailed descriptions thereof are omitted herein. Further, in the present invention, even if they are indicated by the same reference numerals, they may have different configurations.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1] 다공성 열전재료의 제조[Example 1] Preparation of porous thermoelectric material

약 2~5mm의 괴상형태이며, 4N 이상의 고순도를 갖는 Bi, Te, Sb 및 Se를 함유하는 열전재료를 준비하였다. p형의 경우, Bi, Te, Sb 등의 3원계를 갖도록 하였다. 해당 열전재료를 석영관(Quartz)를 Locking Furnace에 장입한 후 650~750℃에서 2~4 시간, 10회/min 속도로 교반 및 용해하여 Φ 30 * 100㎜ 모합금 잉곳을 제조하였다. 이후 모합금 잉곳을 용융 방사 장비에 설치된 노즐에 장입하여 저항 발열체(그라파이트 히터로서 노즐을 감싸는 구조)를 이용하여 약 700℃ 온도로 완전히 용해시켜 용융물을 형성한 후, 상기 용융물에 불활성 가스를 0.1~0.5 MPa로 가압하여 분사시킴으로써, 회전하는 구리 휠(Cu wheel) 표면에 접촉하여 급속 냉각됨에 따라 Bi-Te계 금속 리본을 형성하였다. 이때 구리 휠의 회전 속도는 1000 rpm으로 진행하였다. 이후 형성된 금속리본과 열분해성 고분자[평균 입경 5㎛의 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)]를 혼합하고 아르곤(Ar) 분위기 하에서 볼밀법을 이용하여 평균입경이 100㎛ 이하가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄물을 핫 프레스 소결을 이용하여 약 525℃까지 7℃/min의 승온 속도로 승온한 후 1시간 유지, 20 MPa 압력을 유지하여 소결하였다. 그 결과, 99% 이상의 고밀도를 가진 다공성 열전재료를 제조하였다. A thermoelectric material containing Bi, Te, Sb and Se having a high purity of about 2 to 5 mm and having a high purity of 4N or more was prepared. In the case of p-type, it was made to have a ternary system such as Bi, Te, and Sb. The thermoelectric material was charged into a locking furnace, and then stirred and dissolved at 650 to 750°C for 2 to 4 hours at a rate of 10 times/min to prepare a Φ 30 * 100 mm master alloy ingot. After that, the master alloy ingot is charged into a nozzle installed in the melt spinning equipment, and completely dissolved at about 700°C using a resistance heating element (a structure that surrounds the nozzle as a graphite heater), and then, 0.1 to an inert gas is added to the melt. By pressing and spraying at 0.5 MPa, a Bi-Te-based metal ribbon was formed by contacting the surface of a rotating copper wheel and cooling rapidly. At this time, the rotational speed of the copper wheel was performed at 1000 rpm. Then, the formed metal ribbon and the thermally decomposable polymer [polymethyl methacrylate (PMMA) having an average particle diameter of 5 μm] were mixed and pulverized to have an average particle diameter of 100 μm or less by using a ball mill method in an argon (Ar) atmosphere. The pulverized product was heated up to about 525° C. at a rate of 7° C./min using hot press sintering, and then maintained for 1 hour and sintered by maintaining a pressure of 20 MPa. As a result, a porous thermoelectric material having a high density of 99% or more was manufactured.

[실시예 2 ~ 12] 다공성 열전재료의 제조[Examples 2 to 12] Preparation of porous thermoelectric material

핫 프레스 소결시, 하기 표 1과 같은 조성으로 열전재료의 분쇄물과 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)을 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 2 내지 12의 열전재료를 각각 제조하였다. During hot press sintering, Examples 2 to 12 were carried out in the same manner as in Example 1, except that the pulverized product of the thermoelectric material and polymethyl methacrylate (PMMA) were mixed and used in the composition shown in Table 1 below. Each thermoelectric material was prepared.

열분해성 고분자Pyrolytic polymer 첨가량 (중량부)Addition amount (parts by weight) 평균 입경(㎛)Average particle diameter (㎛) 비교예 1Comparative Example 1 0.000.00 -- 실시예 1Example 1 0.100.10 5.005.00 실시예 2Example 2 20.0020.00 실시예 3Example 3 50.0050.00 실시예 4Example 4 0.500.50 5.005.00 실시예 5Example 5 20.0020.00 실시예 6Example 6 50.0050.00 실시예 7Example 7 1.001.00 5.005.00 실시예 8Example 8 20.0020.00 실시예 9Example 9 50.0050.00 실시예 10Example 10 2.002.00 5.005.00 실시예 11Example 11 20.0020.00 실시예 12Example 12 50.0050.00 열분해성 고분자: PMMA (비중: 1.20 g/cm3)Pyrolytic polymer: PMMA (specific gravity: 1.20 g/cm 3 )

[비교예 1] 비(非)다공성 열전재료의 제조[Comparative Example 1] Manufacture of non-porous thermoelectric material

약 2~5mm의 괴상형태이며, 4N 이상의 고순도를 갖는 Bi, Te, Sb 및 Se를 함유하는 열전재료를 준비하였다. p형의 경우, Bi, Te, Sb 등의 3원계를 갖도록 하였다. 해당 열전재료를 석영관(Quartz)를 Locking Furnace에 장입한 후 650~750℃에서 2~4시간, 10회/min 속도로 교반 및 용해하여 Φ 30 * 100㎜ 모합금 잉곳을 제조하였다. 이후 모합금 잉곳을 용융 방사 장비에 설치된 노즐에 장입하여 저항 발열체(그라파이트 히터로서 노즐을 감싸는 구조)를 이용하여 약 700℃ 온도로 완전히 용해시켜 용융물을 형성한 후, 상기 용융물에 불활성 가스를 0.1~0.5MPa로 가압하여 분사시킴으로써, 회전하는 구리 휠(Cu wheel) 표면에 접촉하여 급속 냉각됨에 따라 Bi-Te계 금속 리본을 형성하였다. 이때 구리 휠의 회전 속도는 1000rpm으로 진행하였다.A thermoelectric material containing Bi, Te, Sb and Se having a high purity of about 2 to 5 mm and having a high purity of 4N or more was prepared. In the case of p-type, it was made to have a ternary system such as Bi, Te, and Sb. The thermoelectric material was charged into a locking furnace, and then stirred and dissolved at 650 to 750°C for 2 to 4 hours at a rate of 10 times/min to prepare a Φ 30 * 100 mm master alloy ingot. After that, the master alloy ingot is charged into a nozzle installed in the melt spinning equipment, and completely dissolved at about 700°C using a resistance heating element (a structure that surrounds the nozzle as a graphite heater), and then, 0.1 to an inert gas is added to the melt. By spraying by pressing at 0.5 MPa, a Bi-Te-based metal ribbon was formed by contacting the surface of a rotating copper wheel and cooling rapidly. At this time, the rotational speed of the copper wheel was performed at 1000 rpm.

이후 형성된 금속리본을 아르곤(Ar) 분위기 하에서 볼밀법을 이용하여 평균입경이 100㎛ 이하가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄된 분말을 핫 프레스 소결을 이용하여 약 525℃까지 7℃/min의 승온속도로 승온 후 1시간 유지, 20MPa 압력을 유지하여 소결한 결과 99% 이상의 고밀도를 가진 비(非)다공성 열전재료를 제조하였다. Then, the formed metal ribbon was pulverized to have an average particle diameter of 100 μm or less by using a ball mill method in an argon (Ar) atmosphere. Non-porous thermoelectric material having a high density of 99% or more as a result of heating the pulverized powder by hot press sintering at a temperature increase rate of 7°C/min to about 525°C at a rate of 7°C/min and sintering by maintaining a pressure of 20 MPa Was prepared.

[실험예 1] 열분해성 고분자의 물성 평가[Experimental Example 1] Evaluation of Physical Properties of Pyrolytic Polymer

한편 도 3은 본원 실시예 3, 6, 9, 및 12에서 사용된 열분해성 고분자의 전자 현미경 사진이다. 평균 입경이 대략 50 ㎛ 급의 진구형 입자라는 것을 확인할 수 있었다. Meanwhile, FIG. 3 is an electron micrograph of the pyrolytic polymer used in Examples 3, 6, 9, and 12 of the present application. It was confirmed that the average particle diameter was approximately 50 μm class spherical particles.

또한 본 발명에서 열분해성 고분자로 사용되는 PMMA, PBMA, PVB, EC에 대하여 온도에 따른 열분해 특성을 각각 평가하였으며, 그 결과를 하기 도 6에 나타내었다. In addition, the thermal decomposition properties according to temperature were evaluated for PMMA, PBMA, PVB, and EC used as the thermally decomposable polymer in the present invention, and the results are shown in FIG. 6 below.

실험 결과, PMMA와 PBMA는 대락 400℃ 정도로 승온시 잔류탄소 없이 열분해가 완료되는 것을 확인할 수 있었다(하기 도 6 참조).As a result of the experiment, it was confirmed that the thermal decomposition of PMMA and PBMA was completed without residual carbon when the temperature was raised to approximately 400°C (see FIG. 6 below).

[실험예 2] 열전재료의 밀도평가[Experimental Example 2] Density evaluation of thermoelectric material

실시예 1~12 및 비교예 1에서 제조된 각 열전재료에 대하여, 소결 전과 후 밀도를 각각 아르키메데스법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.For each thermoelectric material prepared in Examples 1 to 12 and Comparative Example 1, the densities before and after sintering were measured by the Archimedes method, respectively, and the results are shown in Table 2.

열분해성 고분자Pyrolytic polymer 소결후 밀도
(g/cm3)
Density after sintering
(g/cm 3 )
상대밀도
(%)
Relative density
(%)
첨가량 (중량부)Addition amount (parts by weight) 평균 입경 (㎛)Average particle diameter (㎛) 비교예 1Comparative Example 1 0.000.00 -- 6.846.84 -- 실시예 1Example 1 0.100.10 5.005.00 6.826.82 99.7199.71 실시예 2Example 2 20.0020.00 6.816.81 99.5699.56 실시예 3Example 3 50.0050.00 6.816.81 99.5699.56 실시예 4Example 4 0.500.50 5.005.00 6.796.79 99.2799.27 실시예 5Example 5 20.0020.00 6.786.78 99.1299.12 실시예 6Example 6 50.0050.00 6.766.76 98.8398.83 실시예 7Example 7 1.001.00 5.005.00 6.776.77 98.9898.98 실시예 8Example 8 20.0020.00 6.766.76 98.8398.83 실시예 9Example 9 50.0050.00 6.726.72 98.2598.25 실시예 10Example 10 2.002.00 5.005.00 6.506.50 95.0395.03 실시예 11Example 11 20.0020.00 6.476.47 94.5994.59 실시예 12Example 12 50.0050.00 6.316.31 92.2592.25

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 열분해성 고분자의 첨가량이 1 중량부까지는 소결 후 밀도 저하가 크지 않다는 것을 알 수 있었다. As shown in Table 2, it was found that the density decrease after sintering was not significant up to 1 part by weight of the thermally decomposable polymer.

[실험예 3] 열전재료 물성 평가[Experimental Example 3] Evaluation of properties of thermoelectric materials

실시예 1~12 및 비교예 1에서 제조된 열전재료의 물성을 하기와 같이 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3과 도 7~8에 각각 기재하였다.The physical properties of the thermoelectric materials prepared in Examples 1 to 12 and Comparative Example 1 were measured as follows, and the results are shown in Table 3 and FIGS. 7 to 8, respectively.

(1) 제백계수 및 전기전도도 측정: JISK 7194에 준거하여, ZEM-3 (Ulvac-Riko社 제조)를 이용하여 측정하였다. (1) Measurement of Seebeck coefficient and electrical conductivity: According to JISK 7194, it was measured using ZEM-3 (manufactured by Ulvac-Riko).

(2) 파워 팩터: 측정된 제벡계수(S)와 전기전도도(σ)를 이용하여 Power factor를 계산하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다. (2) Power factor: Power factor was calculated using the measured Seebeck coefficient (S) and electrical conductivity (σ), and the results are shown in FIG. 7.

[수학식 1] Power factor = (제백계수)2 * 전기전도도[Equation 1] Power factor = (Seebeck coefficient)2 * Electrical conductivity

(3) 열전성능지수: 열전성능지수 ZT값을 비교하였으며, 그 결과를 하기 도 8에 나타내었다. 측정된 값은 power factor와 ZT값이 최고값을 갖는 150℃의 값을 비교하였다.(3) Thermoelectric performance index: The thermoelectric performance index ZT values were compared, and the results are shown in FIG. 8 below. The measured value was compared to the power factor and the value of 150°C where the ZT value had the highest value.

[수학식 2] ZT = (제백계수) 2 *전기전도도/열전도도 * 온도 [Equation 2] ZT = (Seebeck coefficient) 2 *Electrical conductivity/thermal conductivity * Temperature

(4) 열전도도 측정: JIS R 1611과, JIS R 1650-3에 준거하여 레이저 플래쉬법에 의한 비열용량 측정 및 열전도도를 계산하였다. 보다 구체적으로, 직경 10 mm x 1mm의 원판 형태로 절단하여 레이저 플래쉬법으로 열확산도(D), 비열(Cp) 및 밀도(d)를 측정한 후, 하기 수학식 3을 이용하여 열전도도를 측정하였다. (4) Measurement of thermal conductivity: In accordance with JIS R 1611 and JIS R 1650-3, specific heat capacity measurement and thermal conductivity by the laser flash method were calculated. More specifically, after measuring the thermal diffusivity (D), specific heat (Cp), and density (d) by laser flash method by cutting into a disk shape having a diameter of 10 mm x 1 mm, the thermal conductivity is measured using Equation 3 below. I did.

[수학식 3] κ = DCpd[Equation 3] κ = DCpd

  열전도도
(W/mK)
Thermal conductivity
(W/mK)
전기전도도
(/Ωcm)
Electrical conductivity
(/Ωcm)
제벡계수
(μV/K)
Seebeck coefficient
(μV/K)
파워팩터
(W/mK^2)
Power factor
(W/mK^2)
ZTZT
비교예 1Comparative Example 1 1.48 1.48 932.19 932.19 182.09 182.09 30.91 30.91 0.87 0.87 실시예 1Example 1 1.47 1.47 932.26 932.26 181.92 181.92 30.85 30.85 0.89 0.89 실시예 2Example 2 1.46 1.46 930.97 930.97 181.48 181.48 30.66 30.66 0.89 0.89 실시예 3Example 3 1.45 1.45 929.68 929.68 181.05 181.05 30.47 30.47 0.89 0.89 실시예 4Example 4 1.43 1.43 930.32 930.32 180.27 180.27 30.23 30.23 0.90 0.90 실시예 5Example 5 1.40 1.40 929.60 929.60 179.23 179.23 29.86 29.86 0.90 0.90 실시예 6Example 6 1.37 1.37 926.16 926.16 177.67 177.67 29.24 29.24 0.91 0.91 실시예 7Example 7 1.31 1.31 927.80 927.80 176.21 176.21 28.81 28.81 0.93 0.93 실시예 8Example 8 1.26 1.26 928.08 928.08 174.50 174.50 28.26 28.26 0.95 0.95 실시예 9Example 9 1.20 1.20 922.94 922.94 171.79 171.79 27.24 27.24 0.96 0.96 실시예 10Example 10 1.11 1.11 877.06 877.06 158.09 158.09 21.92 21.92 0.83 0.83 실시예 11Example 11 1.03 1.03 829.62 829.62 144.80 144.80 17.39 17.39 0.71 0.71 실시예 12Example 12 0.93 0.93 765.33 765.33 129.24 129.24 12.78 12.78 0.58 0.58

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 다공성 열전재료를 포함하는 본 발명의 열전소자는 열전 재료 내 함유된 규칙적인 기공 구조로 인하여 전기전도도와 제백계수를 크게 저하시키지 않으면서 열전도도를 감소시켜 열전 성능을 보다 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 3, the thermoelectric device of the present invention including a porous thermoelectric material improves thermoelectric performance by reducing thermal conductivity without significantly lowering electrical conductivity and Seebeck coefficient due to the regular pore structure contained in the thermoelectric material. It could be seen that it could be improved.

구체적으로 열분해성 고분자의 첨가량이 1 중량부까지는 전기저항 및 제백계수의 감소가 크지 않은 반면 열전도도의 감소량이 상대적으로 커서 열전성능지수(ZT) 값은 1 중량부 첨가시 최대값을 나타내었다. 또한 열분해성 고분자로서 평균 입경이 50 ㎛ 정도의 입자를 사용할 경우, 동일 첨가량 대비 열전성능 지수의 최대값을 나타낸다는 것을 알 수 있었다.Specifically, the decrease in electrical resistance and Seebeck coefficient was not significant up to 1 part by weight of the thermally decomposable polymer, whereas the decrease in thermal conductivity was relatively large, and the thermoelectric performance index (ZT) value showed a maximum value when 1 part by weight was added. In addition, it was found that when particles having an average particle diameter of about 50 μm were used as the thermally decomposable polymer, the maximum value of the thermoelectric performance index was displayed relative to the same amount of addition.

100: 열전 소자
11: 절연성 기판
10a: 제1 금속적층판
11a: 도전성 제1 기판
12a: 제1 절연층
20a: 제1전극
30: 다공성 열전 레그
30a: P형 열전 레그
30b: N형 열전 레그
20b: 제2전극
10b: 제2 금속적층판
11b: 도전성 제2기판
12b: 제2 절연층
40: 접합재
100: thermoelectric element
11: insulating substrate
10a: first metal laminated plate
11a: first conductive substrate
12a: first insulating layer
20a: first electrode
30: porous thermoelectric leg
30a: P-type thermoelectric leg
30b: N-type thermoelectric leg
20b: second electrode
10b: second metal laminated plate
11b: second conductive substrate
12b: second insulating layer
40: bonding material

Claims (14)

(i) 열전재료용 원료를 용해 및 응고시켜 모합금을 형성하는 단계;
(ii) 상기 모합금을 급속냉각시켜 금속 리본을 형성하는 단계;
(iii) 상기 금속리본과, 소정 온도 이상에서 열분해되고 열분해 후 잔류 탄소함량이 5% 이하인 고분자를 혼합하여 비활성 분위기하에서 분쇄하는 단계; 및
(iv) 상기 단계 (iii)의 분쇄물을 상기 열분해성 고분자의 열분해 온도보다 높은 온도로 소결하는 단계;
를 포함하고,
상기 열분해성 고분자는 당해 금속 리본의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 첨가되는, 다공성 열전재료의 제조방법.
(i) dissolving and solidifying a raw material for a thermoelectric material to form a master alloy;
(ii) rapidly cooling the master alloy to form a metal ribbon;
(iii) mixing the metal ribbon with a polymer that is pyrolyzed at a predetermined temperature or higher and has a residual carbon content of 5% or less after pyrolysis, and pulverized in an inert atmosphere; And
(iv) sintering the pulverized product of step (iii) at a temperature higher than the pyrolysis temperature of the pyrolytic polymer;
Including,
The thermally decomposable polymer is added in an amount of 0.1 to 2 parts by weight based on the total weight of the metal ribbon.
제1항에 있어서,
상기 열분해성 고분자는 소결에 의해 열분해되어 복수 개의 기공을 형성하고 제거되는, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The pyrolytic polymer is pyrolyzed by sintering to form and remove a plurality of pores.
제1항에 있어서,
상기 열분해성 고분자는 200 내지 500℃의 열분해 온도를 갖는 열가소성 고분자, 천연 고분자 및 수용성 고분자로 구성된 군에서 선택되는, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The pyrolytic polymer is selected from the group consisting of thermoplastic polymers, natural polymers, and water-soluble polymers having a thermal decomposition temperature of 200 to 500°C.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열분해성 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 폴리브로모니에티드 바이페닐(PBB), 폴리비닐알콜(PVA), 및 에틸셀룰로오스(EC)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The pyrolytic polymer is a group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polybutyl methacrylate (PBMA), polybromonied biphenyl (PBB), polyvinyl alcohol (PVA), and ethyl cellulose (EC). At least one selected from, a method of manufacturing a porous thermoelectric material.
제1항에 있어서,
상기 열분해성 고분자는 5 내지 50㎛의 평균 입경(D50)을 갖는 구형 입자인, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The pyrolytic polymer is a spherical particle having an average particle diameter (D 50 ) of 5 to 50 μm, a method of manufacturing a porous thermoelectric material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 (iv)는 상기 단계 (iii)의 분쇄물을 성형몰드에 투입하고 핫프레스(Hot Press)하여 소결되는 것인, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (iv), the pulverized product of step (iii) is put into a molding mold and then sintered by hot pressing.
제1항에 있어서,
상기 열전재료는 Bi-Te계 열전재료 및 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계 열전재료 중 적어도 하나인 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The thermoelectric material is at least one of a Bi-Te-based thermoelectric material and a Skuttrudite-based thermoelectric material.
제1항에 있어서,
상기 다공성 열전재료의 기공율은 0.1 내지 10%이며,
기공 크기는 5 내지 50 ㎛이며,
밀도는 90 내지 99.9%인, 다공성 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The porosity of the porous thermoelectric material is 0.1 to 10%,
The pore size is 5 to 50 μm,
A method of manufacturing a porous thermoelectric material having a density of 90 to 99.9%.
제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 것으로서,
기공율은 0.1 내지 10%이며, 기공 크기는 5 내지 50 ㎛이며,
잔류 탄소함량이 5% 이하이며,
밀도는 90 내지 99.9%인, 다공성 열전재료.
As prepared by the method of any one of claims 1 to 3, 5, 6, 8 to 10,
The porosity is 0.1 to 10%, the pore size is 5 to 50 μm,
The residual carbon content is 5% or less,
Porous thermoelectric material having a density of 90 to 99.9%.
제1 기판;
상기 제1 기판과 대향 배치된 제2 기판;
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 각각 배치된 제1 전극과 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 복수의 열전 레그;
상기 제1 전극과 상기 열전 레그 사이, 및 상기 열전 레그와 상기 제2 전극 사이 중 적어도 하나에 배치되는 접합재를 포함하되,
상기 복수의 열전 레그 중 적어도 하나는 제11항에 기재된 다공성 열전재료를 포함하는 열전 소자.
A first substrate;
A second substrate disposed opposite to the first substrate;
A first electrode and a second electrode respectively disposed between the first and second substrates; And
A plurality of thermoelectric legs interposed between the first electrode and the second electrode;
Including a bonding material disposed between at least one of between the first electrode and the thermoelectric leg, and between the thermoelectric leg and the second electrode,
At least one of the plurality of thermoelectric legs includes the porous thermoelectric material according to claim 11.
제12항에 있어서,
상기 접합재는 Sn계 솔더; 또는 상기 Sn계 솔더 및 평균 가지상 길이가 5 내지 50 ㎛인 금속 덴드라이트(dendrite)를 포함하는 조성을 갖는 열전 소자.
The method of claim 12,
The bonding material is Sn-based solder; Or a thermoelectric element having a composition comprising the Sn-based solder and metal dendrite having an average branch length of 5 to 50 µm.
제12항에 있어서,
냉각, 발전, 및 박막형 센서 중 적어도 하나의 용도에 적용되는 열전 소자.
The method of claim 12,
A thermoelectric element applied to at least one of cooling, power generation, and thin-film sensors.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150137589A (en) * 2014-05-30 2015-12-09 서강대학교산학협력단 Photoelectrode for dye-sensitized solar cell, and preparing method of the same
KR20160064857A (en) * 2014-11-28 2016-06-08 주식회사 엘지화학 Method for fabricating thermoelectric material and method for fabricating thermoelectric module using the same
KR20170013202A (en) * 2014-06-02 2017-02-06 다츠다 덴센 가부시키가이샤 Electroconductive adhesive film, printed circuit board, and electronic device
KR20180060265A (en) * 2016-11-28 2018-06-07 희성금속 주식회사 METHOD FOR MANUFACTURING Bi-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL CONTROLLED OXIDATION AND Bi-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY
KR102020155B1 (en) * 2018-10-24 2019-09-10 엘티메탈 주식회사 Thermoelectric device and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150137589A (en) * 2014-05-30 2015-12-09 서강대학교산학협력단 Photoelectrode for dye-sensitized solar cell, and preparing method of the same
KR20170013202A (en) * 2014-06-02 2017-02-06 다츠다 덴센 가부시키가이샤 Electroconductive adhesive film, printed circuit board, and electronic device
KR20160064857A (en) * 2014-11-28 2016-06-08 주식회사 엘지화학 Method for fabricating thermoelectric material and method for fabricating thermoelectric module using the same
KR20180060265A (en) * 2016-11-28 2018-06-07 희성금속 주식회사 METHOD FOR MANUFACTURING Bi-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL CONTROLLED OXIDATION AND Bi-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY
KR102020155B1 (en) * 2018-10-24 2019-09-10 엘티메탈 주식회사 Thermoelectric device and manufacturing method thereof

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