KR20090106320A - Dichalcogenide thermoelectric materials - Google Patents

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KR20090106320A
KR20090106320A KR1020080070791A KR20080070791A KR20090106320A KR 20090106320 A KR20090106320 A KR 20090106320A KR 1020080070791 A KR1020080070791 A KR 1020080070791A KR 20080070791 A KR20080070791 A KR 20080070791A KR 20090106320 A KR20090106320 A KR 20090106320A
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Abstract

PURPOSE: A dichalcogenide thermoelectric material is provided to ensure a very low thermal conductivity in comparison with a conventional metal or semiconductor and to be applied in refrigerant-free refrigerators, air conditioners, microcooling systems, and the like. CONSTITUTION: A composition comprising a dichalcogenide thermoelectric material of formula 1: RX2-aYa, wherein R is a rare earth or transition metal magnetic element, X and Y are each independently at least one element selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In, and 0<=a<2.

Description

디칼코게나이드 열전재료 {Dichalcogenide thermoelectric materials}Dichalcogenide thermoelectric materials

본 발명은 기존의 금속이나 반도체와 비교하여 열전도도가 매우 작은 디칼코게나이드 열전재료에 관한 것이다.The present invention relates to a dichalcogenide thermoelectric material having a very low thermal conductivity compared to conventional metals or semiconductors.

일반적으로 열전재료는 펠티어 효과(Peltier effect) 및 제벡효과(Seebeck effect)를 이용하여 능동냉각 및 폐열발전 등에 응용할 수 있는 재료이다. 상기 펠티어 효과는 도 1에 도시한 바와 같이 외부에서 DC 전압을 가해주었을 때 p-type 재료의 정공과 n-type 재료의 전자가 이동함으로써 재료 양단에 발열과 흡열을 일으키는 현상이다. 상기 제벡 효과는 도 2에 도시한 바와 같이 외부 열원에서 열을 공급 받을 때 전자와 정공이 이동하면서 재료에 전류의 흐름이 생겨 발전(發電)을 일으키는 현상을 말한다.In general, thermoelectric materials are materials that can be applied to active cooling and waste heat generation using the Peltier effect and the Seebeck effect. As shown in FIG. 1, the Peltier effect is a phenomenon in which the holes of the p-type material and the electrons of the n-type material move and exotherm at both ends of the material when a DC voltage is applied from the outside. As shown in FIG. 2, the Seebeck effect refers to a phenomenon in which electrons and holes are moved when heat is supplied from an external heat source, so that a current flows in the material to generate electricity.

이와 같은 열전재료를 이용한 능동냉각은 소자의 열적 안정성을 개선시키고 진동과 소음이 없으며 별도의 응축기와 냉매를 사용하지 않아 부피가 작고 환경 친화적인 방법으로서 인식되고 있다. 이와 같은 열전재료를 이용한 능동냉각의 응용분야로서는 무냉매 냉장고, 에어컨, 각종 마이크로 냉각 시스템 등에 사용할 수 있으며, 특히, 각종 메모리 소자에 열전소자를 부착시키면 기존의 냉각방식에 비해 부피는 줄이면서 소자를 균일하고 안정한 온도로 유지시킬 수 있으므로 소자의 성능을 개선할 수 있다.Active cooling using such thermoelectric materials improves the thermal stability of the device, has no vibration and noise, and is recognized as a small and environmentally friendly method because no separate condenser and refrigerant are used. Applications such as active cooling using thermoelectric materials can be used in refrigerant-free refrigerators, air conditioners, and various micro cooling systems. In particular, by attaching thermoelectric elements to various memory devices, the devices can be reduced in volume compared to conventional cooling methods. It can be maintained at a uniform and stable temperature, thereby improving the performance of the device.

한편 제벡효과(Seebeck effect)를 이용하여 열전재료를 열전발전에 활용하면 폐열(waste heat)을 에너지 원으로 활용할 수 있어서 자동차 엔진 및 배기장치, 쓰레기 소각장, 제철소 폐열, 인체 열을 이용한 인체 내 의료기기의 전원 등 에너지의 효율을 높이거나 폐열을 수거하여 사용하는 다양한 분야에 응용할 수 있다.On the other hand, if the thermoelectric material is used for thermoelectric power generation using the Seebeck effect, waste heat can be used as an energy source, and thus, an automobile engine and an exhaust system, a waste incinerator, waste steel waste, and human body medical equipment using human heat. It can be applied to various fields to improve energy efficiency, such as power supply, or to collect and use waste heat.

이와 같은 열전재료의 성능을 측정하는 인자로는 하기 수학식 1과 같이 정의되는 무차원 성능지수 ZT값을 사용한다.As a factor for measuring the performance of such a thermoelectric material, a dimensionless performance index ZT value defined by Equation 1 below is used.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112008052299043-PAT00001
Figure 112008052299043-PAT00001

(식중, S는 제벡계수, σ는 전기전도도, T는 절대온도, κ는 열전도도이다.)Where S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, and κ is the thermal conductivity.

상기 무차원 성능지수 ZT값을 증가시키기 위해서는 제벡계수와 전기전도도가 높고 열전도도가 낮은 재료를 찾아야 한다.In order to increase the dimensionless performance index ZT, a material having high Seebeck coefficient and high electrical conductivity and low thermal conductivity should be found.

지금까지 많은 종류의 열전재료가 개발되었으나 대부분 상온이상 고온에서 특성이 발현되는 물질이 많고, 상온(300 내지 400 K)에서 우수한 성능을 보이는 물질은 Bi2Te3와 그 고용체 화합물로 알려져 있다.Until now, many kinds of thermoelectric materials have been developed, but most of them are materials exhibiting characteristics at high temperatures above room temperature, and materials exhibiting excellent performance at room temperature (300 to 400 K) are known as Bi 2 Te 3 and solid solution compounds thereof.

그러나 상기 Bi2Te3의 성능을 개선할 수 있는 다양한 열전재료의 개발이 요구되고 있으며, 이를 위해 디칼코게나이드 구조를 갖는 열전재료에 대한 관심이 증 가하고 있다.However, the development of various thermoelectric materials capable of improving the performance of the Bi 2 Te 3 is required, and for this purpose, there is increasing interest in thermoelectric materials having a decalcogenide structure.

예를 들어 기존에 2차원 층상구조를 갖는 디칼코게나이드(dichalcogenide) 열전재료 개발에 관한 특허로는 일본 NEC에서 출원한 미국 공개특허 US2003/0056819 및 일본 공개특허 P2002-270907가 알려져 있다. 상기 열전재료는 AxBC2-y (0≤x≤2, and 0≤y<1)이라는 화학식으로 표현되며, A 자리에는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Au, Sc, Y, 희토류 원소 중 적어도 하나의 원소로 구성되며, B자리에는 Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Ir, Sn중 적어도 하나의 원소로 구성되고, C 자리에는 S, Se, Te중 하나의 원소로 구성된다. 상기 문헌의 실시예에서는 AxTiS2 재료의 열전 특성이 정리되어 있으며, 보고된 ZT값이 상온에서는 2.9, 700 K에서는 3.9에 이르는 등 매우 높은 ZT값을 보고하였으나, 이후 보고된 어떤 자료에서도 이러한 값이 검증 보고된 바가 없고, 실제로 AxTiS2의 경우 ZT값이 상온에서 0.2를 넘지 않는 것으로 보고되고 있다(참조: Phys. Rev. B vol. 64, 241104, 2001 / J. Appl. Phys. vol. 102, 073703, 2007). 따라서 상기 문헌에 기재된 열전재료는 상용화되기 곤란하다는 문제가 있다.For example, US Patent Publication No. 2003/0056819 and Japanese Patent Application Publication P2002-270907 filed by Japan NEC are known as patents related to the development of dichalcogenide thermoelectric materials having a two-dimensional layer structure. The thermoelectric material is represented by the chemical formula A x BC 2-y (0≤x≤2, and 0≤y <1), in place of Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba , Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Au, Sc , Y, rare earth elements, and at least one element of Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Ir, Sn, and at the place of C, It consists of one element of S, Se, and Te. In the examples of this document, the thermoelectric properties of A x TiS 2 materials are summarized, and the reported ZT values reported very high ZT values, such as 2.9 at room temperature and 3.9 at 700 K. No value has been reported, and in fact, in the case of A x TiS 2 , it is reported that the ZT value does not exceed 0.2 at room temperature (see Phys. Rev. B vol. 64, 241104, 2001 / J. Appl. Phys. vol. 102, 073703, 2007). Therefore, there exists a problem that the thermoelectric material described in the said document is difficult to commercialize.

한편, 2007년 Catalin Chiritescu 등은 열전도도가 매우 낮은 WSe2 박막을 제작하였다(참조: Science vol. 315, p. 351, 2007). 2차원 층상구조를 하고 있는 WSe2를 in-plane 방향으로 불규칙하면서 c-축으로는 정렬되게 박막을 쌓으면, 0.05 W/mK 정도로 매우 작은 열전도도를 갖게 된다. 이는 in-plane에 대하여는 방향성을 갖지 않으나, c-축으로는 잘 정렬된 2차원 층상구조를 갖는 물질은 열전도도가 매우 낮다는 것을 의미한다. 그러나 이와 같은 물질은 부도체로서 전기전도도가 매우 낮기 때문에 열전재료로의 응용은 부적합하다. 또한 in-plane 방향으로 무작위한 정렬을 하는 재료를 벌크화하기가 어렵다는 문제를 갖는다.In 2007, Catalin Chiritescu et al. Fabricated a very low thermal conductivity WSe 2 thin film (see Science vol. 315, p. 351, 2007). Two-dimensional layered WSe 2 is stacked in an in-plane direction irregularly on the c-axis and has a very small thermal conductivity of 0.05 W / mK. This means that the material has no directivity with respect to the in-plane, but has a very low thermal conductivity for a material having a well-aligned two-dimensional layer structure on the c-axis. However, such a material is a nonconductor, so the electrical conductivity is very low, the application of the thermoelectric material is unsuitable. It also has the problem that it is difficult to bulkify the material with random alignment in the in-plane direction.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 금속이나 반도체와 비교하여 열전도도가 매우 작으면서 파워팩터가 큰 열전재료를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric material having a very low thermal conductivity and a large power factor compared to a conventional metal or semiconductor.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above object, the present invention,

하기 화학식 1의 구조를 갖는 열전재료를 제공한다:It provides a thermoelectric material having a structure of formula (I):

<화학식 1><Formula 1>

RX2-aYa RX 2-a Y a

식중,Food,

상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element,

상기 X 및 Y는 서로 상이한 원소로서, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are elements different from each other and represent at least one element selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In. ,

상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 R은 란탄족 희토류 원소, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타낸다.According to one embodiment of the invention, R represents at least one element selected from the group consisting of lanthanide rare earth elements, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ag.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 X는 S, Se 또는 Te를 나타낸다.According to one embodiment of the invention, X represents S, Se or Te.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 열전재료는 상온에서 2 W/mK 이하의 열 전도도를 나타낸다.According to one embodiment of the present invention, the thermoelectric material exhibits a thermal conductivity of 2 W / mK or less at room temperature.

상기 과제를 달성하기 위한 다른 방법으로서, 본 발명은,As another method for achieving the above object, the present invention,

in-plane 불규칙 배열을 갖는 2차원의 층상 구조를 나타내며,represents a two-dimensional layered structure with an in-plane irregular array,

하기 화학식 1의 구조를 갖는 열전재료를 제공한다.It provides a thermoelectric material having a structure of formula (1).

<화학식 1><Formula 1>

RX2-aYa RX 2-a Y a

식중,Food,

상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element,

상기 X 및 Y는 서로 상이한 원소로서, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are elements different from each other and represent at least one element selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In. ,

상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 열전재료의 층상구조는 단일층의 구조를 갖는 X로 이루어진 층 사이에 X 및 R이 교호적으로 배열되며, 필요시 상기 X의 적어도 일부가 Y로 치환된 구조를 갖는다.According to one embodiment of the invention, the layered structure of the thermoelectric material is X and R are alternately arranged between the layers consisting of X having a single layer structure, if necessary, at least a portion of the X is substituted with Y Has a structure.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 열전재료는 in-plane 방향으로는 공유결합을 형성하며, 층간 결합은 이온 결합 및/또는 반데르 바알스(Van der Waals) 결합을 형성한다.According to one embodiment of the present invention, the thermoelectric material forms covalent bonds in the in-plane direction, and the interlayer bonds form ionic bonds and / or van der Waals bonds.

본 발명은 또한 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다:The invention also provides a compound of formula

<화학식 1><Formula 1>

RX2-aYa RX 2-a Y a

식중,Food,

상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element,

상기 X 및 Y는 서로 상이한 원소로서, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are elements different from each other and represent at least one element selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In. ,

상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2.

본 발명은 파워팩터가 크고 열전도도가 매우 작은 열전재료를 제공하므로, 상기 열전재료는 무냉매 냉장고, 에어컨, 폐열발전, 군사 항공 우주용 열전 핵발전, 마이크로 냉각 시스템 등에 유용하게 사용할 수 있다.Since the present invention provides a thermoelectric material having a large power factor and a very low thermal conductivity, the thermoelectric material may be usefully used in a refrigerantless refrigerator, an air conditioner, waste heat generation, thermoelectric nuclear power generation for military aerospace, and micro cooling system.

본 발명에 따른 열전재료는 하기 화학식 1의 구조를 갖는다:The thermoelectric material according to the present invention has the structure of Formula 1 below:

<화학식 1><Formula 1>

RX2-aYa RX 2-a Y a

식중,Food,

상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element,

상기 X 및 Y는 서로 상이한 원소로서, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are elements different from each other and represent at least one element selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In. ,

상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2.

본 발명에 따른 상기 화학식 1의 열전재료는 2차원의 층상 구조를 가지며, in-plane 방향으로는 불규칙한 결정 구조이며, c-축으로는 결정성을 갖게 되어, 그 결과 낮은 열전도도를 나타내며, 특히 기본 성분인 RX[a]2에 도핑원소인 Y 성분이 선택적으로 첨가되어 전기전도도가 개선됨으로써 하기 수학식 1의 ZT값이 증가하게 된다.The thermoelectric material of Chemical Formula 1 according to the present invention has a two-dimensional layered structure, irregular crystal structure in the in-plane direction, crystallinity in the c-axis, as a result shows a low thermal conductivity, in particular The Y component, which is a doping element, is selectively added to RX [a] 2, which is a basic component, to improve electrical conductivity, thereby increasing the ZT value of Equation 1 below.

<수학식 1><Equation 1>

Figure 112008052299043-PAT00002
Figure 112008052299043-PAT00002

(식중, S는 제벡계수, σ는 전기전도도, T는 절대온도, κ는 열전도도이다.)Where S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity, T is the absolute temperature, and κ is the thermal conductivity.

상기 화학식 1의 열전재료에서 R은 희토류 또는 전이금속 자성원소를 나타내며, 예를 들어 란탄족 희토류 원소, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 사용할 수 있으며, 상기 란탄족 희토류 원소로서는 Ce이 바람직하다.In the thermoelectric material of Chemical Formula 1, R represents a rare earth or transition metal magnetic element, and for example, one or more elements selected from the group consisting of lanthanide rare earth elements, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ag may be used. Ce is preferred as the lanthanide rare earth element.

상기 화학식 1의 열전재료에서 R과 함께 기본 구조인 2차원 층상구조를 형성하는 X로서는 S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 사용할 수 있으며, 특히 S, Se 또는 Te가 바람직하다.X forming the two-dimensional layered structure which is a basic structure with R in the thermoelectric material of Formula 1 is S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, si, Ge, Sn, B, Al, Ga and One or more elements selected from the group consisting of In can be used, with S, Se or Te being particularly preferred.

상기 R과 X는 서로 공유결합을 형성하여 RX2-aYa의 기본구조를 나타내게 되며, 여기서 a는 0 내지 2보다 작은 범위를 갖는 실수이며, 상기 Y는 도핑원소로서 선택적으로 첨가되어 상기 열전재료의 전류밀도를 최적화시키게 된다.The R and X form a covalent bond with each other to represent the basic structure of RX 2-a Y a , where a is a real number having a range of less than 0 to 2, wherein Y is selectively added as a doping element to the thermoelectric It will optimize the current density of the material.

상기 RX2-aYa의 기본 구조를 갖는 화합물은 2차원의 층상 구조를 나타낼 수 있으며, 이와 같은 2차원 층상구조는 도 3에 나타낸 바와 같이 X로 이루어진 층 사이에 R과 X가 교호적으로 배열된 구조를 갖는다. 상기 구조에서 in-plane 방향으로는 결정구조가 불규칙한 구조이며, c-축으로는 결정성을 갖게 된다.The compound having a basic structure of RX 2-a Y a may exhibit a two-dimensional layered structure, such that the two-dimensional layered structure alternates between R and X between layers of X as shown in FIG. 3. It has an arranged structure. In the above structure, the crystal structure is irregular in the in-plane direction, and the crystallinity is obtained in the c-axis.

또한 이와 같은 구조에서 in-plane 방향의 X로 이루어진 층은 공유결합을 하여 강한 결합을 형성하고, c-축 방향으로는 이온결합 또는 반데르바알스 결합을 하여 약한 결합을 형성하고 있으므로 c-축으로는 포논(phonon)의 전달이 어렵기 때문에 c-축 방향으로 열전도도가 낮아지게 된다. 특히 in-plane에 수직인 방향에 대하여 불규칙적인 배열을 보이고 있어 열전도도가 낮을 최적의 조건을 갖추고 있다.In this structure, the X-layer in the in-plane direction is covalently bonded to form strong bonds, and in the c-axis direction, weak bonds are formed by ionic bonds or van der Waals bonds. Since the transfer of phonons is difficult, thermal conductivity is lowered in the c-axis direction. In particular, since the array is irregular in the direction perpendicular to the in-plane, it has an optimal condition of low thermal conductivity.

일반적으로 열전도도(ktot)는 ktot = kLatt + kel 과 같이 격자에 의한 열전도도(kLatt)와 전자에 의한 열전도도(kel)로 구별할 수 있으며, 전자 열전도도는 아래 수학식 2와 같이 Wiedemann-Frantz 법칙에 따라 결정되기 때문에 인위적으로 작게 할 수 있는 인자는 아니다. 따라서 좋은 열전재료는 낮은 격자 열전도도를 가져야 하며 이는 격자 구조의 제어를 통해 얻을 수 있다.In general, thermal conductivity (k tot ) can be classified into thermal conductivity (k Latt ) by lattice and thermal conductivity (k el ) by electron, such as k tot = k Latt + k el . Since it is determined by the Wiedemann-Frantz law as in Equation 2, it is not an artificially small factor. Therefore, good thermoelectric materials should have low lattice thermal conductivity, which can be obtained through control of the lattice structure.

<수학식 2><Equation 2>

Kel = LT / ρ (L = 2.44 X 10-8 ΩW/K2)K el = LT / ρ (L = 2.44 X 10 -8 ΩW / K 2 )

상술한 RX[a]2의 화학식을 갖는 열전재료의 합성방법은 다결정 합성방법과 단결정 성장방법으로 나뉜다.The synthesis method of the thermoelectric material having the chemical formula of RX [a] 2 is divided into a polycrystal synthesis method and a single crystal growth method.

1. 다결정 합성방법1. Polycrystalline Synthesis Method

(1) 앰플(Ampoule)을 이용한 방법: 원료원소를 석영관 또는, 텅스텐 또는 탄탈륨 등의 금속으로 만든 앰플에 넣고 진공으로 밀봉하여 용융점 이상 또는 근처의 온도에서 수시간 내지 수십시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 방법.(1) Method using Ampoule: Inserting raw material into quartz tube or ampoule made of metal such as tungsten or tantalum, sealing with vacuum and heat-treating for several hours to several tens of hours at or near melting point How to include.

(2) 아크 용융(Arc melting)법: 원료원소를 챔버에 넣고 비활성기체 분위기 속에서 아크를 방전시켜 원료원소를 녹여 시료를 만드는 단계를 포함하는 방법.(2) Arc melting method: A method comprising the step of putting a raw material element into the chamber to discharge the arc in an inert gas atmosphere to melt the raw material element to make a sample.

(3) 고상 반응법(Solid state reaction): 분말을 잘 섞어 단단하게 가공한 뒤 용융점의 70 내지 90%의 온도에서 수시간 내지 수십시간 동안 열처리하거나, 혼합분말을 용융점 이상의 온도에서 수시간 내지 수십시간 동안 열처리한 다음 상온에서 분쇄가공하고, 이를 다시 용융점의 70 내지 90%의 온도에서 수시간 내지 수십시간 동안 소결하는 단계를 포함하는 방법.(3) Solid state reaction (Solid state reaction): The powder is mixed well and processed hardly and then heat treated for several hours to several tens of hours at the temperature of 70 to 90% of the melting point, or the mixed powder for several hours to several tens at the temperature of the melting point or more. Heat-treating for an hour and then grinding at room temperature, and then sintering it for several hours to several tens of hours at a temperature of 70 to 90% of the melting point.

2. 단결정 성장방법2. Single Crystal Growth Method

(1) 금속 플럭스(Metal flux) 법: 원료원소와 원료원소가 고온에서 결정으로 잘 성장할 수 있도록 분위기를 제공하는 원료 원소, 예를 들어 조화 용융(congruent melting)할 수 있으며 원하는 결정의 용융점보다 용융점이 낮은 금속원소를 도가니에 넣고, 상기 금속 원소가 조화용융 하는 온도에서부터 결정이 생성 되는 온도까지 서냉(slow cooling)하면서, 예를 들어 1~10 oC/hour의 속도로 열처리하여 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법.(1) Metal flux method: A raw material element, such as congruent melting, that provides an atmosphere for the raw material and the raw material to grow well into crystals at a high temperature, and has a melting point above the melting point of the desired crystal. The low metal element is placed in a crucible, and is slowly cooled from the temperature at which the metal element is roughly melted to the temperature at which the crystal is formed, followed by heat treatment at a rate of, for example, 1 to 10 o C / hour to grow the crystal. Method comprising the steps.

(2) 브릿지맨(Bridgeman) 법: 원료원소를 도가니에 넣고 원료원소가 용해 될 때까지 고온, 예를 들어 원료원소 용융점 이상의 온도에서 수시간 내지 수십시간 동안 가열한 다음, 도가니 양쪽 끝에 온도차가 수 내지 수십 oC가 발생하도록 하여 고온영역을 천천히 이동시켜, 예를 들어 1~10oC/hour의 속도로 시료를 국부적으로 용해시키면서 시료 전체를 결정성장영역으로 통과하게 하여 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법.(2) Bridgeman method: The raw material is placed in a crucible and heated at a high temperature, for example, at a temperature above the melting point of the raw material for several hours to several tens of hours until the raw material is dissolved, and then the temperature difference at both ends of the crucible To slowly move the high temperature region to generate tens of tens of o C, for example, to locally dissolve the sample at a rate of 1 to 10 o C / hour to pass the entire sample into the crystal growth region to grow crystals. How to include.

(3) 광학 유동 영역법(Optical floating zone): 원료원소를 막대 형상으로 씨드 로드(seed rod)와 피드(feed rod)로 만든 다음 피드 로드를 램프의 빛을 한 초점에 모아 국부적으로 용해시키면서 용해부분을 위쪽으로 천천히 끌어올려 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법.(3) Optical floating zone: The raw material is made into seed rods and feed rods in the form of rods, and then the feed rods are melted by locally dissolving the light of the lamp in one focal point. Slowly growing the portion upwards to grow the crystals.

(4) 증기 전송(Vapor transport) 법: 원료원소를 석영관 아래쪽에 넣고 원료원소 부분을 기화온도℃에서 수시간 내지 수십시간 동안 가열하고 석영관 위쪽은 낮은 온도로 두어 원료원소가 기화되면서 낮은 온도에서 고상반응을 일으키며 결정을 성장시키는 단계를 포함하는 방법.(4) Vapor transport method: The raw material element is placed under the quartz tube and the raw material part is heated for several hours to several tens of hours at the vaporization temperature and the upper part of the quartz tube is kept at a low temperature to vaporize the raw material. Inducing a solid phase reaction and growing the crystals.

본 발명은 상술한 다양한 방법 중 어느 것이나 제한없이 사용하여 열전재료를 제조할 수 있으며, 특별한 제한은 없다.The present invention can be used to produce a thermoelectric material using any of the various methods described above without limitation, there is no particular limitation.

상기와 같은 공정에 의해 얻어지는 열전재료는 추가적인 원소 도핑을 통해 전류밀도를 최적화시킴으로써 전자와 홀이 공존하는 2밴드 전도(2 band conduction)가 일어나는 경우, 전자 또는 홀 중 하나만 전도특성이 일어나게 함으로써 파워 팩터가 크고 열전도도가 매우 작은 열전재료를 만들게 된다.In the thermoelectric material obtained by the above process, when the two-band conduction of electrons and holes coexists by optimizing the current density through additional element doping, only one of the electrons or holes causes the power factor to occur. It is made of a thermoelectric material having a large and very low thermal conductivity.

이와 같이 원소도핑이 이루어지는 경우, 상기 열전재료는 도핑원소인 Y를 필수적으로 포함하게 되며, 그에 따라 전류밀도가 최적화되어 개선된 전기전도도를 갖게 된다. 이는 상기 수학식 1에서 파워팩터(S2σ)를 증가시키고, 그 결과 ZT값을 증가시키게 된다.When elemental doping is performed as described above, the thermoelectric material essentially includes Y, a doping element, and thus the current density is optimized to have improved electrical conductivity. This increases the power factor S 2 σ in Equation 1, resulting in an increase in the ZT value.

즉, 도핑원소인 Y를 X 자리에 치환시킴으로써 홀 또는 전자 중 어느 한쪽의 전류밀도가 커지고, 그 결과로서 전자와 홀에 의한 상쇄효과를 억제할 수 있으므로, c-축으로의 전도 특성을 보다 개선하는 것이 가능해진다. 이와 같은 개선된 전도 특성으로 인해 파워팩터(S2σ)가 증가하여 제벡계수를 증가시키게 된다.That is, by replacing the doping element Y with the X site, the current density of either the hole or the electron is increased, and as a result, the canceling effect caused by the electron and the hole can be suppressed, thereby further improving the conduction characteristics on the c-axis. It becomes possible. Due to this improved conduction characteristic, the power factor S 2 σ is increased to increase the Seebeck coefficient.

이와 같이 도핑되는 Y성분으로서는 S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In중 하나 이상을 사용할 수 있으며, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In중 하나 이상이 바람직하다. 상기 Y 성분의 함량은 상기 화학식 1의 R성분 1몰에 대하여 2몰 미만이 좋다.As the Y component doped as described above, one or more of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga, and In may be used, and P, As, Sb, At least one of Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga and In is preferred. The content of the Y component is preferably less than 2 moles with respect to 1 mole of the R component of Formula 1.

도핑원소인 상기 Y 성분은 1성분계, 2성분계 혹은 3성분계의 형태로 첨가될 수 있으며, 상기 2성분계의 경우 몰비는 1:9 내지 9:1의 비율로 첨가될 수 있으며, 3성분계의 경우, 1 : 0.1~9.0 : 0.1~9.0 의 비율로 첨가될 수 있으나, 이들에 특별하게 한정되는 것은 아니다.The doping element Y component may be added in the form of a one-component, two-component or three-component system, in the case of the two-component system may be added in a ratio of 1: 9 to 9: 1, in the case of a three-component system, 1: 0.1-9.0: It may be added in the ratio of 0.1-9.0, but it is not specifically limited to these.

이와 같은 Y성분은 도핑 과정에서 상기 기본구조인 RX2-aYa의 성분 중 X 성분의 일부를 치환하게 되며, 그 결과 전류밀도를 최적화시키게 된다. 이와 같은 도핑 공정은 상기 다결정 성장방법 혹은 단결정 성장방법 중 원료원소의 일부로서 첨가하여 행해질 수 있다.Such a Y component is to replace a part of the X component of the components of the basic structure RX 2-a Y a during the doping process, thereby optimizing the current density. Such a doping process may be performed by adding as part of the raw material element of the polycrystalline growth method or the single crystal growth method.

상술한 바와 같은 본 발명의 열전재료는 낮은 열전도도를 나타냄과 동시에, 추가적으로 도핑 처리에 의해 전자 및 홀을 주입하여 전자-홀의 제벡계수 상쇄현상을 개선시켜 제벡계수를 증대시키고 전류밀도를 최적화하여 전기전도성이 개선될 수 있으므로 높은 열전성능을 기대할 수 있다.As described above, the thermoelectric material of the present invention exhibits low thermal conductivity and additionally injects electrons and holes by doping treatment to improve the Seebeck coefficient cancellation phenomenon of electron-holes, thereby increasing the Seebeck coefficient and optimizing the current density. Since the conductivity can be improved, high thermoelectric performance can be expected.

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

실시예 1Example 1

다결정 성장방법인 앰플(Ampoule)을 이용한 방법에 따라 원료원소인 Ce, Te 및 Sn을 소정 비율로 정량하여 석영관으로 만든 앰플에 넣고 진공으로 밀봉하여 850℃에서 24시간 동안 열처리함으로써 희토류 칼케고나이드인 CeTe2, CeTe1.95Sn0.05, CeTe1.9Sn0.1, CeTe1.7Sn0.3, CeTe1.5Sn0.5 및 CeTeSn을 각각 합성하였다. 상기 화합물의 몰비는 유도결합 플라즈마 스펙트로스코피(Inductively coupled plasma spectroscopy)를 통해 확인하였다.According to the method using the ampoule, a polycrystalline growth method, the raw material elements Ce, Te, and Sn are quantified in a predetermined ratio, placed in an ampoule made of quartz tube, sealed with vacuum, and heat-treated at 850 ° C for 24 hours for rare earth calkenoids. CeTe 2 , CeTe 1.95 Sn 0.05 , CeTe 1.9 Sn 0.1 , CeTe 1.7 Sn 0.3 , CeTe 1.5 Sn 0.5 and CeTeSn were synthesized, respectively. The molar ratio of the compound was confirmed through inductively coupled plasma spectroscopy.

상기 CeTe2은 2차원 층상구조를 가지고 있으며, Te 층과 Ce-Te 블록 사이에 는 약한 이온결합을 형성하고 있으며, CeTe2-xSnx은 상기 CeTe2에서 Sn이 도핑되어 Te의 일부 위치를 치환한 구조를 갖고 있다.The CeTe 2 has a two-dimensional layer structure, and forms a weak ionic bond between the Te layer and the Ce-Te block, CeTe 2-x Sn x is doped with Sn in the CeTe 2 to position a portion of Te It has a substituted structure.

실시예 2Example 2

다결정 성장방법인 앰플(Ampoule)을 이용한 방법에 따라 원료원소인 Ce, Se 및 Sn을 소정 비율로 정량하여 석영관으로 만든 앰플에 넣고 진공으로 밀봉하여 850℃에서 24시간 동안 열처리함으로써 희토류 칼케고나이드인 CeSe2, CeSe1.9Sn0.1, CeSe1.8Sn0.2 및 CeSe1.5Sn0.5를 각각 합성하였다. 상기 화합물의 몰비는 유도결합 플라즈마 스펙트로스코피(Inductively coupled plasma spectroscopy)를 통해 확인하였다.According to the method using the polycrystalline growth method Ampoule, the rare earth calkenonide was quantitatively determined in a proportion of the raw material elements Ce, Se and Sn in a quartz tube, sealed in vacuum and heat-treated at 850 ° C for 24 hours. CeSe 2 , CeSe 1.9 Sn 0.1 , CeSe 1.8 Sn 0.2 and CeSe 1.5 Sn 0.5 were synthesized, respectively. The molar ratio of the compound was confirmed through inductively coupled plasma spectroscopy.

상기 CeSe2은 도 4와 같이 b 방향으로 납작한 orthorhombic 구조로서, 2차원 층상구조를 가지고 있으며, Se 층과 Ce-Se 블록 사이에는 약한 이온결합을 형성하고 있으며, CeSe2-xSnx은 상기 CeSe2에서 Sn이 도핑되어 Se의 일부 위치를 치환한 구조를 갖고 있다.The CeSe 2 is a flat orthorhombic structure in the b direction as shown in FIG. 4, has a two-dimensional layer structure, forms a weak ionic bond between the Se layer and the Ce-Se block, and CeSe 2-x Sn x is the CeSe Sn is doped at 2 to replace a part of Se.

실험예 1: 열전도도 측정Experimental Example 1 Measurement of Thermal Conductivity

상기 실시예 1에서 얻어진 CeTe2, CeTe1.95Sn0.05, CeTe1.9Sn0.1, CeTe1.5Sn0.5 및 CeTeSn 화합물의 열전도도를 도 5에 도시하였으며, 열전도 측정 방법은 레이져 플래시(laser flash)법으로 열적 이완도(thermal relaxation)를 측정하여 계산하였다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이 이들은 매우 낮은 열전도도를 나타냈으며, 특히 CeTe 2 및 CeTe 1.95 Sn 0.05 300K에서 1.50 내지 1.58W/mK 정도의 매우 낮은 열전도도를 가지며, 이는 상용화된 Sb-도핑된 Bi2Te3와 비교해도 대략 55% 정도 낮은 값에 해당하고, 다른 열전재료와 비교하여도 크게 낮은 값에 해당한다. CeTe2-xSnx에서 Sn의 몰비 x가 1.0 이상이 되면 열전도도가 커져 성능이 다소 저하되는 현상이 발생하였다. 상기 CeTe2 및 CeTe1.5Sn0.5의 열전도도를 상용화된 열전재료와 비교한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The thermal conductivity of CeTe 2 , CeTe 1.95 Sn 0.05 , CeTe 1.9 Sn 0.1 , CeTe 1.5 Sn 0.5 and CeTeSn compounds obtained in Example 1 is shown in FIG. 5, and the thermal conductivity measurement method is thermal relaxation using a laser flash method. The thermal relaxation was measured and calculated. As can be seen from FIG. 5 they exhibited very low thermal conductivity, in particular CeTe 2 and CeTe 1.95 Sn 0.05 have very low thermal conductivity on the order of 1.50 to 1.58 W / mK at 300K, which is commercially available Sb-doped The value corresponds to about 55% lower than that of Bi 2 Te 3 and significantly lower than that of other thermoelectric materials. When the molar ratio x of Sn in the CeTe 2-x Sn x is 1.0 or more, the thermal conductivity becomes large, resulting in a phenomenon of deterioration. Table 1 shows the results of comparing the thermal conductivity of CeTe 2 and CeTe 1.5 Sn 0.5 with those of commercially available thermoelectric materials.

[표 1]TABLE 1

구분division Ktot (W/mK)K tot (W / mK) kel(W/mK)k el (W / mK) klatt(W/mK)k latt (W / mK) Bi2Te3 Bi 2 Te 3 2.92.9 1.61.6 1.31.3 Bi2Te3 (Sb2Te3 33.3몰%)Bi 2 Te 3 (Sb 2 Te 3 33.3 mol%) 2.52.5 1.61.6 0.90.9 Bi2Te3 (Sb2Te3 66.7몰%)Bi 2 Te 3 (Sb 2 Te 3 66.7 mol%) 2.82.8 2.22.2 0.60.6 CeTe2 CeTe 2 1.401.40 0.090.09 1.311.31 CeTe1.5Sn0.5 CeTe 1.5 Sn 0.5 1.361.36 0.370.37 0.990.99

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 CeTe2 및 CeTe1.5Sn0.5의 격자로 인한 열전도도는 상용화된 열전재료와 유사하였으나 전자로 인한 열전도도가 낮아 결과적인 열전도도가 2.0 이하의 매우 낮은 값을 가짐을 알 수 있다.As shown in Table 1, the thermal conductivity due to the lattice of CeTe 2 and CeTe 1.5 Sn 0.5 of the present invention is similar to the commercialized thermoelectric material, but the resulting thermal conductivity is very low value of 2.0 or less due to low thermal conductivity due to electrons. It can be seen that it has.

상기 실시예 2에서 얻어진 CeSe2, CeSe1.9Sn0.1, CeSe1.8Sn0.2 및 CeSe1.5Sn0.5 화합물의 열전도도를 도 6에 도시하였으며 열전도 측정 방법은 레이져 플래시법으로 열 이완도를 측정하여 계산하였다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 이들은 매우 낮은 열전도도를 나타냈으며, 특히 도핑 성분인 Sn의 함량이 높아짐에 따라 열 전도도가 더욱 낮아져 CeSe1.5Sn0.5는 0.2 W/mK에 이르게 된다. The thermal conductivity of the CeSe 2 , CeSe 1.9 Sn 0.1 , CeSe 1.8 Sn 0.2 and CeSe 1.5 Sn 0.5 compound obtained in Example 2 is shown in Figure 6 and the thermal conductivity measurement method was calculated by measuring the thermal relaxation by the laser flash method. As can be seen from FIG. 6, they exhibited very low thermal conductivity. In particular, as the content of Sn as the doping component is increased, the thermal conductivity is further lowered, resulting in CeSe 1.5 Sn 0.5 reaching 0.2 W / mK.

실험예 2: 제벡계수 측정Experimental Example 2: Seebeck coefficient measurement

상기 실시예 1에서 얻어진 CeTe2, CeTe1.95Sn0.05, CeTe1.9Sn0.1, CeTe1.5Sn0.5 및 CeTeSn 화합물의 제벡계수를 도 7에 도시하였다. 제벡계수의 측정은 4-terminal 법을 사용하였다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, CeTe2 에서 Te를 Sn으로 치환하면 제벡계수의 절대값이 커지는 것을 볼 수 있다. 상기 CeTe2의 경우, 전자와 홀이 공존하는 스몰 갭 반도체 구조를 가지며 Te 층에는 홀이, Ce-Te 블록에는 전자가 움직이므로 c-축으로의 전도 특성이 저하되어 전자와 홀에 의한 상쇄효과로 인해 제벡 계수의 저하를 유발할 수 있다. 따라서 이를 보완하여 제벡계수를 강화시킬 필요가 있으며, 그에 따라 Te 층에 Sn을 치환시킨 CeTe1.95Sn0.05, CeTe1.9Sn0.1, CeTe1.5Sn0.5 및 CeTeSn 화합물의 경우, Te 층의 캐리어를 조절하여 제벡계수를 더욱 향상시키게 된다. 이는 Sn을 Te 자리에 치환시킴으로써 전자와 홀의 전류밀도를 조절할 수 있고, 이에 따라 제벡계수가 증가하게 된다. Seebeck coefficients of CeTe 2 , CeTe 1.95 Sn 0.05 , CeTe 1.9 Sn 0.1 , CeTe 1.5 Sn 0.5 and CeTeSn compounds obtained in Example 1 are shown in FIG. 7. The Seebeck coefficient was measured using the 4-terminal method. As can be seen from FIG. 7, it can be seen that when Te is replaced with Sn in CeTe 2 , the absolute value of the Seebeck coefficient increases. The CeTe 2 has a small gap semiconductor structure in which electrons and holes coexist, and holes move in the Te layer and electrons move in the Ce-Te block, thereby deteriorating conduction characteristics in the c-axis, thereby canceling effects caused by the electrons and holes. This can cause a decrease in Seebeck coefficient. Therefore, it is necessary to reinforce the Seebeck coefficient by supplementing it. Accordingly, in case of CeTe 1.95 Sn 0.05 , CeTe 1.9 Sn 0.1 , CeTe 1.5 Sn 0.5, and CeTeSn compounds in which Sn is substituted for Te, the Seebeck coefficient is controlled by controlling the carrier of the Te layer. The coefficients are further improved. It is possible to control the current density of electrons and holes by substituting Sn for Te, thereby increasing the Seebeck coefficient.

상기 실시예 2에서 얻어진 CeSe1.9Sn0.1 및 CeSe1.8Sn0.2 화합물의 제벡계수를 도 8에 도시하였다. 상기 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, Se를 Sn으로 치환시킨 경우, Se 층의 캐리어를 조절하여 제벡계수가 개선됨으로써 이들은 비교적 높은 양의 제벡 계수를 가짐을 알 수 있다.Seebeck coefficients of the CeSe 1.9 Sn 0.1 and CeSe 1.8 Sn 0.2 compounds obtained in Example 2 are shown in FIG. 8. As can be seen from FIG. 8, when Se is replaced with Sn, it is understood that the Seebeck coefficient is improved by controlling the carrier of the Se layer so that they have a relatively high amount of Seebeck coefficient.

실험예 3: 전기 저항값 측정Experimental Example 3: Measurement of Electrical Resistance

상기 실시예 1에서 얻어진 CeTe2, CeTe1.95Sn0.05, CeTe1.9Sn0.1, CeTe1.7Sn0.3, CeTe1.5Sn0.5 및 CeTeSn 화합물에 대하여 전기 저항을 측정하여 도 9에 도시하였다. 전기저항은 4-terminal 법으로 측정하였다. 상기 도 9에 도시한 바와 같이 도핑 처리에 의해 약 10mΩW-cm의 전기 저항을 갖는 CeTe2가 2mΩW-cm의 CeTe1.5Sn0.5의 전기 저항값을 가짐을 알 수 있다.CeTe 2 , CeTe 1.95 Sn 0.05 , CeTe 1.9 Sn 0.1 , CeTe 1.7 Sn 0.3 , CeTe 1.5 Sn 0.5, and CeTeSn compounds obtained in Example 1 were measured and shown in FIG. 9. Electrical resistance was measured by the 4-terminal method. As shown in FIG. 9, it can be seen that CeTe 2 having an electrical resistance of about 10 mΩW-cm has an electrical resistance value of CeTe 1.5 Sn 0.5 of 2 mΩW-cm by the doping treatment.

이는 도핑 처리에 의해 온도에 따른 전기 저항값도 달라질 수 있으며, 이는 도핑원소인 Sn을 Te 자리에 치환시킴으로써 홀의 개수가 많아지기 때문에 전기저항도 낮아지게 된다. This may also change the electrical resistance value according to the temperature by the doping treatment, which is lowered because the number of holes is increased by replacing the doping element Sn in the Te site.

실시예 2에서 얻어진 CeSe2, CeSe1.9Sn0.1 및 CeSe1.8Sn0.2 화합물에 대하여 전기 저항을 측정하여 도 10에 도시하였다. 전기저항은 4-terminal 법으로 측정하였다. 상기 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 상기 CeSe2, CeSe1.9Sn0.1 및 CeSe1.8Sn0.2 화합물의 경우 매우 큰 전기저항을 가짐을 알 수 있다.The electrical resistance of CeSe 2 , CeSe 1.9 Sn 0.1, and CeSe 1.8 Sn 0.2 compounds obtained in Example 2 was measured and shown in FIG. 10. Electrical resistance was measured by the 4-terminal method. As can be seen in FIG. 10, the CeSe 2 , CeSe 1.9 Sn 0.1, and CeSe 1.8 Sn 0.2 compounds have a very large electrical resistance.

따라서 물질에 따라 도핑 처리에 의해 전기 저항을 낮춤으로써 전기 전도도를 개선하는 것이 가능하며, 그 결과 파워 팩터가 증가하여 제벡계수의 값을 개선하는 것이 가능해짐을 알 수 있다.Therefore, it is possible to improve the electrical conductivity by lowering the electrical resistance by doping treatment depending on the material, and as a result, it can be seen that the power factor is increased to improve the value of the Seebeck coefficient.

도 1은 펠티어 효과에 의한 열전냉각을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing thermoelectric cooling by the Peltier effect.

도 2는 제벡효과에 의한 열전발전을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating thermoelectric generation by the Seebeck effect.

도 3은 본 발명에 따른 RX2 - aYa 화합물의 2차원 층상구조를 나타낸다.3 shows a two-dimensional layered structure of the RX 2 - a Y a compound according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 CeSe2 화합물의 2차원 층상구조를 나타낸다.4 shows a two-dimensional layered structure of the CeSe 2 compound according to the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 CeTe2 - xSnx (x≤1.0) 의 열전도도를 나타내는 그래프이다.5 is CeTe 2 - x Sn x (x≤1.0) obtained in Example 1 of the present invention. It is a graph showing thermal conductivity of.

도 6은 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 CeSe2 - xSnx (x≤0.5) 의 열전도도를 나타내는 그래프이다.6 is CeSe 2 - x Sn x (x≤0.5) obtained in Example 2 of the present invention. It is a graph showing thermal conductivity of.

도 7은 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 CeTe2 - xSnx (x≤1.0) 의 제벡계수 값을 나타내는 그래프이다.7 is CeTe 2 - x Sn x (x≤1.0) obtained in Example 1 of the present invention. This graph shows the Seebeck coefficient of.

도 8은 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 CeSe2 - xSnx (x≤0.5) 의 제벡계수 값을 나타내는 그래프이다.8 is CeSe 2 - x Sn x (x≤0.5) obtained in Example 2 of the present invention. This graph shows the Seebeck coefficient of.

도 9는 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 CeTe2 - xSnx (x≤1.0) 의 전기저항 값을 나타내는 그래프이다.9 is CeTe 2 - x Sn x (x≤1.0) obtained in Example 1 of the present invention. It is a graph showing the electrical resistance value of.

도 10은 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 CeSe2 - xSnx (x≤0.5) 의 전기저항 값을 나타내는 그래프이다.10 is CeSe 2 - x Sn x (x≤0.5) obtained in Example 2 of the present invention. It is a graph showing the electrical resistance value of.

Claims (9)

하기 화학식 1의 구조를 갖는 열전재료:A thermoelectric material having a structure of Formula 1 <화학식 1><Formula 1> RX2 - aYa RX 2 - a Y a 식중,Food, 상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element, 상기 X 및 Y는 서로 상이하고, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are different from each other, and represent one or more elements selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga and In, 상기 a는 0≤a<2 의 갖는다.A has 0 ≦ a <2. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 R이 란탄족 희토류 원소, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 열전재료.And wherein R is at least one element selected from the group consisting of lanthanide rare earth elements, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Ag. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 X가 S, Se 또는 Te인 것을 특징으로 하는 열전재료.Thermoelectric material, characterized in that X is S, Se or Te. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전재료가 상온에서 2 W/mK 이하의 열전도도를 나타내는 것을 특징으로 하는 열전재료.And the thermoelectric material exhibits a thermal conductivity of 2 W / mK or less at room temperature. in-plane 불규칙 배열을 갖는 2차원의 층상 구조를 나타내며,represents a two-dimensional layered structure with an in-plane irregular array, 하기 화학식 1의 구조를 갖는 열전재료:A thermoelectric material having a structure of Formula 1 <화학식 1><Formula 1> RXaYb RX a Y b 식중,Food, 상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element, 상기 X 및 Y는 서로 상이하고, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are different from each other, and represent one or more elements selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga and In, 상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열전재료의 층상구조가 단일층의 구조를 갖는 X로 이루어진 층 사이에 X 및 R이 교호적으로 배열된 것을 특징으로 하는 열전재료.The thermoelectric material according to claim 1, wherein X and R are alternately arranged between layers of X having a single layer structure. 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 X의 적어도 일부가 Y로 치환된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 열전재료.A thermoelectric material, characterized in that at least part of X has a structure substituted with Y. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 열전재료가 in-plane 방향으로는 공유결합을 형성하며, 층간 결합은 이온 결합 및/또는 반데르 바알스(Van der Waals) 결합을 형성한 것을 특징으로 하는 열전재료.The thermoelectric material forms a covalent bond in an in-plane direction, and the interlayer bonds form ionic bonds and / or van der Waals bonds. 하기 화학식 1의 화합물:A compound of formula <화학식 1><Formula 1> RX2-aYa RX 2-a Y a 식중,Food, 상기 R은 희토류 또는 전이금속 자성 원소를 나타내며,R represents a rare earth or transition metal magnetic element, 상기 X 및 Y는 서로 상이하고, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga 및 In으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 나타내며,X and Y are different from each other, and represent one or more elements selected from the group consisting of S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, Sn, B, Al, Ga and In, 상기 a는 0≤a<2 의 범위를 갖는다.A has a range of 0 ≦ a <2.
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