KR20100138171A - Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures - Google Patents
Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100138171A KR20100138171A KR1020090056572A KR20090056572A KR20100138171A KR 20100138171 A KR20100138171 A KR 20100138171A KR 1020090056572 A KR1020090056572 A KR 1020090056572A KR 20090056572 A KR20090056572 A KR 20090056572A KR 20100138171 A KR20100138171 A KR 20100138171A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bismuth telluride
- nanostructures
- nanostructure
- heat treatment
- bismuth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
- C01B19/04—Binary compounds including binary selenium-tellurium compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G29/00—Compounds of bismuth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 수열합성법을 이용한 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체에 관한 것이다.The present invention relates to various types of bismuth telluride (Bi 2 Te 3) method of manufacturing a nano-structure and hence the variety of bismuth telluride (Bi 2 Te 3) nano-structure made by using the hydrothermal method.
열전물질은 온도 차이에 따른 전하의 이동으로 전계를 형성하거나 전류를 흘렸을 때 재료 접합부 양단에 발열 또는 냉각 현상이 나타나는 물질이다. 열전현상은 1900년도 초부터 연구가 시작되어 구소련의 loffe가 약 4%의 변환효율을 얻을 수 있게 연구가 진행되어 현재 약 10% 이상의 변환효율을 가지고 있다. 이러한 열전은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 Seebeck 효과, 기전력으로 양 단에 발열 또는 냉각현상이 나타나는 Peltier 효과, 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 Tomson 효과로 나눌 수 있다. 이러한 열전물질을 이용하면 열에너지와 전기에너지를 직접적으로 상호 변환시킬 수 있는 열전소자를 개발할 수 있다. 이를 활용하여 환경보호를 위해 냉매의 사용 없이 냉각 가능한 열전 재료를 이용한 각종 냉방 시스템의 개발 및 폐열을 이용한 열전 발전이 유망한 분야로 떠오르고 있다. A thermoelectric material is a material that generates heat or cools at both ends of a material junction when an electric field is formed or a current flows due to the movement of charges due to temperature difference. Thermoelectric phenomena began in the early 1900s, and research has been carried out to ensure that the former Soviet Union loffe achieves about 4% conversion efficiency. These thermoelectrics can be classified into the Seebeck effect of obtaining electromotive force by using the temperature difference between both ends, the Peltier effect of generating heat or cooling at both ends by electromotive force, and the Tomson effect of generating electromotive force by the temperature difference between conductors. By using such thermoelectric materials, thermoelectric devices capable of directly converting thermal energy and electrical energy can be developed. In order to protect the environment, the development of various cooling systems using thermoelectric materials that can be cooled without using refrigerant and thermoelectric power generation using waste heat are emerging as promising fields.
열전물질의 특성은 이른바 메리트(memrit) Z의 식으로 요약되고, 일반적으로 하기 수학식 1과 같이 ZT로 나타낼 수 있다.The properties of the thermoelectric material are summarized by the formula of so-called merit (Z), and can be generally represented by ZT as shown in Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
ZT=S2σT/kZT = S 2 σT / k
상기 수학식 1에서 S는 Seebeck 계수이고, σ는 전기 전도도, T는 절대온도, k는 열 전도도를 나타낸다. 상기 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 열전 성능지수(ZT)의 값이 커야 열전효율이 우수한 열전물질이 된다. 따라서, 열전효율이 우수한 열전물질을 제조하기 위해서는 전기 전도도와 Seebeck 계수는 큰 반면, 열 전전도는 낮아야 한다. In Equation 1, S is a Seebeck coefficient, σ is an electrical conductivity, T is an absolute temperature, and k is a thermal conductivity. As can be seen in Equation 1, the thermoelectric performance index (ZT) should be large to obtain a thermoelectric material having excellent thermoelectric efficiency. Therefore, in order to manufacture a thermoelectric material having excellent thermoelectric efficiency, the electrical conductivity and the Seebeck coefficient should be large while the thermal conductivity should be low.
현재까지 열전소자는 벌크 물질에서 열전 성능지수(ZT)를 결정하는 Seebeck 계수, 전기 전도도, 열 전전도간의 상관관계로 인하여 낮은 변환효율(ZT〈1)을 가 질 수밖에 없어 그 응용의 한계를 가졌다. 1993년 미국 MIT 대학의 Dresselhaus는 열전소재를 양자점 및 초격자 구조의 저차원 나노구조로 제조함으로써 열전 성능의 향상을 이룰 수 있다는 것을 이론적으로 제시하였다(L.D. Hicks and M.S. Dresselhaus, “Effect of Quantumwell Structures on the Thermoelectric Figure of Merit,” Physical Review B, Vol.47, 1993, p.12727; L.D. Hicks and M.S. Dresselhaus, “Thermoelectric Figure of Merit of a One-dimensional Conductor,”Physical Review B, Vol.47, 1993, p.16631). 나노 기술이 발전함에 따라 나노 물질에서는 Seebeck 계수, 전기 전도도, 열 전도도를 각각 독립적으로 조절할 수 있어 현재의 에너지 변환 시스템의 효율인 30%에 상응하는 열전 성능지수(ZT 〉3) 이상을 기대할 수 있다고 예측되어 왔다.To date, thermoelectric devices have a low conversion efficiency (ZT <1) due to the correlation between Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal conductivity, which determine the ZT in bulk materials. . In 1993, Dresselhaus of MIT University proposed theoretically that thermoelectric materials could be improved by manufacturing low-temperature nanostructures with quantum dots and superlattices (LD Hicks and MS Dresselhaus, “Effect of Quantumwell Structures on”). the Thermoelectric Figure of Merit, ”Physical Review B, Vol. 47, 1993, p. 12767; LD Hicks and MS Dresselhaus,“ Thermoelectric Figure of Merit of a One-dimensional Conductor, ”Physical Review B, Vol. 47, 1993, p.16631). As nanotechnology advances, nanomaterials can independently control Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal conductivity, so that they can expect more than 30% of the thermoelectric performance index (ZT> 3), which is the efficiency of current energy conversion systems. It has been predicted.
반금속인 비스무스(Bi)는 비대칭적인 페르미 준위(anisotropic fermi surface), 긴 평균 자유 행로(mean free path, I), 작은 유효 전자 질량(effective mass, m*) 등에서 기인하는 특이할 만한 여러 운송 특성으로 인해 활발한 연구가 진행되고 있는 물질이다. 뿐만 아니라, 비스무스는 뛰어난 열전특성을 지니고 있으며 특히, 1차원 형태의 나노선에서는 양자효과로 인해 벌크 형태와는 달리 Seebeck 효율과 낮은 열전전도를 동시에 나타낼 수 있어 매우 우수한 열전특성을 나타내게 된다.Bimetallic bismuth (Bi) has several unique transport properties due to asymmetric anisotropic fermi surfaces, long mean free paths (I), and small effective mass (m *). Due to this active research is being conducted. In addition, bismuth has excellent thermoelectric properties, and in particular, in the one-dimensional nanowires, unlike the bulk type, bismuth exhibits both Seebeck efficiency and low thermal conductivity, thereby exhibiting excellent thermoelectric properties.
특히, 비스무스와 텔루르의 합금인 BixTe1 -x는 큰 질량을 가지고 비스무스와 텔루르간의 반 데라 발스 결합과 텔루르 간의 공유결합으로 작은 스프링 상수를 갖기 때문에 열 전도도를 감소시킬 수 있다. 이로 인해 열전물질의 열전특징을 나타내는 성능지수(ZT)를 증가시킬 수 있어 현재 열전물질로 이용되고 있다. 또한, 이러한 BixTe1 -x 합금을 열전 나노구조체로 제조함으로써 전자 에너지 준위 밀도를 제어할 수 있게 되며, 전자 에너지 준위 밀도함수의 모양과 피크 위치를 페르미 준위에 매칭시키게 되면 열전 효과에 영향을 주는 Seebeck 계수를 조정할 수 있게 된다. 또한 양자구속 효과에 의해 전자운동을 증가시켜 전기 전도도를 높은 값으로 유지할 수 있어 벌크상 열전물질의 한계를 극복하고 비교적 큰 열전 성능지수를 얻을 수 있다.In particular, Bi x Te 1 -x , an alloy of bismuth and tellurium, has a large mass and has a small spring constant due to the covalent bond between bismuth and tellurium with a van der Waals bond and tellurium, thereby reducing thermal conductivity. As a result, it is possible to increase the performance index (ZT) indicating the thermoelectric characteristics of the thermoelectric material, which is currently used as a thermoelectric material. In addition, by manufacturing the Bi x Te 1 -x alloy as a thermoelectric nanostructure, it is possible to control the electron energy level density, and matching the shape and peak position of the electron energy level density function to the Fermi level affects the thermoelectric effect. The note will be able to adjust the Seebeck coefficient. In addition, the quantum confinement effect can increase the electronic motion to maintain a high electrical conductivity to overcome the limitations of the bulk thermoelectric material and obtain a relatively large thermoelectric performance index.
그러나, 지금까지의 대부분의 비스무스 텔루라이드 열전소자들은 다결정 나노선이거나 막대 구조를 바탕으로 한 것이다. 비스무스 텔루라이드의 경우 구조적인 특성 때문에 결정 방향에 따라 전기 전도도와 열 전도도가 큰 이방성을 나타낸다고 알려져 있으며, 나노 영역에서 전기 전도도와 열 전도도의 이방성이 더 크게 나타날 것이라고 예상된다. However, most of the bismuth telluride thermoelectrics to date are either polycrystalline nanowires or rod-based structures. Bismuth telluride is known to exhibit anisotropy with high electrical conductivity and thermal conductivity depending on the crystal direction due to its structural characteristics, and it is expected that anisotropy of electrical conductivity and thermal conductivity will be greater in the nano domain.
이에 본 발명자들은 열전 성능지수가 높은 비스무스 텔루라이드 열전소자를 개발하기 위해 연구하던 중, 수열합성법을 이용하여 비수무트 텔루르 열전소자를 제조하는 과정에서 열처리 온도 또는 승온 속도를 변화시킴으로써 나노구조체로서 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브를 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors are studying to develop a bismuth telluride thermoelectric element having a high thermoelectric performance index, and the single crystal structure as a nanostructure by changing the heat treatment temperature or the temperature increase rate in the process of manufacturing the non-sumutal tellurium thermoelectric element using the hydrothermal synthesis method. It was found that the nanoparticles, nanocapsules, nanowires and nanotubes of the present invention was completed.
본 발명의 목적은 수열합성법을 이용한 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for preparing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures of various forms using hydrothermal synthesis.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 제조된 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures of various forms prepared by the above method.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 텔루르(Te) 분말과 비스무스 클로라이드(BiCl3)를 증류수에 녹여서 각각의 수용액을 별도로 제조하여 혼합한 후 열처리 및 냉각단계를 거쳐 제조되는 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention dissolves tellurium (Te) powder and bismuth chloride (BiCl 3 ) in distilled water to prepare each of the aqueous solution separately, and then mixed through a heat treatment and cooling step of various forms of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) Provides a method for producing a nanostructure.
또한, 본 발명은 상기의 방법에 따라 제조된 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 제공한다. The present invention also provides bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures of various forms prepared according to the above method.
본 발명에 따르면, 수열합성시에 열처리 온도 또는 승온 속도 조건을 변화시킴으로써 나노구조체로서 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노 튜브를 제조할 수 있으므로 높은 열전 성능지수 값을 얻을 수 있고, 냉각 속도 조건을 변화시킴으로써 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있어 이와 같은 열전물질을 필요로 하는 산업분야에 유용하게 사용될 수 있다. According to the present invention, it is possible to produce a single crystal nanoparticles, nanocapsules, nanowires and nanotubes as nanostructures by changing the heat treatment temperature or the rate of temperature increase during hydrothermal synthesis, it is possible to obtain a high thermoelectric performance index value, By varying the cooling rate conditions it is possible to increase the yield and length of the nanowires and nanotubes, which can be usefully used in industries that require such thermoelectric materials.
본 발명은 텔루르(Te) 분말과 비스무스 클로라이드(BiCl3)를 증류수에 녹여서 각각의 수용액을 별도로 제조하여 혼합하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액을 열처리하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 열처리된 혼합용액을 냉각시켜 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 합성하는 단계(단계 3)를 포함하여 이루어지는 수열합성법을 이용한 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of dissolving tellurium (Te) powder and bismuth chloride (BiCl 3 ) in distilled water to prepare each aqueous solution separately and mixing (step 1); Heat-treating the mixed solution prepared in step 1 (step 2); And cooling bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures by cooling the mixed solution heat-treated in step 2 (step 3), using various forms of bismuth telluride (Bi 2 Te 3) using a hydrothermal synthesis method. ) Provides a method for producing a nanostructure.
이하, 본 발명에 따른 상기 제조방법을 단계별로 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method according to the present invention will be described in more detail step by step.
먼저, 본 발명에 따른 상기 단계 1은 텔루르(Te) 분말과 비스무스 클로라이드(BiCl3)를 증류수에 녹여서 각각의 수용액을 별도로 제조하여 혼합하는 단계이다.First, step 1 according to the present invention is a step of preparing and mixing respective aqueous solutions by dissolving tellurium (Te) powder and bismuth chloride (BiCl 3 ) in distilled water.
상기 텔루르(Te) 분말을 소듐 보로하이드라이드를 함유하는 수산화나트륨 수용액에 녹여서 텔루르 이온을 함유하는 수용액을 제조할 수 있다. 또한 상기 비스 무스 클로라이드(BiCl3)를 EDTA를 함유하는 수용액에 녹여서 비스무스 이온을 함유하는 수용액을 제조할 수 있다. 상기 텔루르(Te) 수용액과 비스무스 클로라이드(BiCl3) 수용액을 혼합하여 고압증기멸균기에 넣고 밀봉하는 것이 바람직하다.The tellurium (Te) powder may be dissolved in an aqueous sodium hydroxide solution containing sodium borohydride to prepare an aqueous solution containing tellurium ions. In addition, the bismuth chloride (BiCl 3 ) may be dissolved in an aqueous solution containing EDTA to prepare an aqueous solution containing bismuth ions. The tellurium (Te) aqueous solution and the bismuth chloride (BiCl 3 ) aqueous solution are preferably mixed into a high pressure steam sterilizer and sealed.
다음으로, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합용액을 열처리하는 단계이다. 이때 교반하는 과정을 동시에 수행하는 것이 바람직하다.Next, step 2 is a step of heat-treating the mixed solution prepared in step 1. At this time, it is preferable to perform the stirring process at the same time.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 열처리 온도, 승온 속도, 교반 속도의 조건에 따라 다양한 형태의 나노구조체가 얻어질 수 있다. 상기 조건 중 열처리 온도, 승온 속도 조건이 나노구조체의 형태를 결정하는데 중요한 역할을 한다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.In the production method according to the present invention, nanostructures of various forms can be obtained according to the conditions of the heat treatment temperature, the temperature increase rate, the stirring rate. Among the above conditions, the heat treatment temperature and the temperature increase rate condition play an important role in determining the shape of the nanostructure. Specifically, it is as follows.
상기 열처리 온도는 90 ℃ 내지 155 ℃의 범위에서 수행될 수 있으나, 바람직하게는 90 ℃ 내지 120 ℃와 130 ℃ 내지 155 ℃의 온도 구간에서 수행될 수 있다. 상기 온도 구간에 대하여 적절한 승온 속도 조건을 부가하면 원하는 형태의 나노구조체를 얻을 수 있다.The heat treatment temperature may be performed in the range of 90 ° C to 155 ° C, but preferably may be performed in a temperature range of 90 ° C to 120 ° C and 130 ° C to 155 ° C. Appropriate temperature increase rate conditions for the temperature range can be obtained to obtain the desired nanostructure.
먼저, 상기 열처리를 90 ℃ 내지 120 ℃에서 수행하되, 승온 속도를 100 ℃/시간 내지 20 ℃/시간의 범위로 조절하는 경우 나노입자 또는 나노캡슐을 얻을 수 있다. 이때, 상기 열처리 구간을 더욱 세분하여 나노입자 또는 나노캡슐을 단독으로 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 열처리를 90 ℃ 이상 100 ℃ 이하에서 수행하는 경우에는 나노입자를 얻을 수 있고, 100 ℃ 초과 120 ℃ 이하에서 수행하는 경 우에는 나노캡슐을 얻을 수 있다.First, the heat treatment is carried out at 90 ℃ to 120 ℃, if the temperature increase rate is adjusted to the range of 100 ℃ / hour to 20 ℃ / hour can be obtained nanoparticles or nanocapsules. At this time, by further subdividing the heat treatment section can be obtained nanoparticles or nanocapsules alone. Specifically, when the heat treatment is carried out at 90 ° C or more and 100 ° C or less, the nanoparticles may be obtained, and when performed at 100 ° C or more and 120 ° C or less, nanocapsules may be obtained.
다음으로, 상기 열처리를 130 ℃ 내지 155 ℃에서 수행하되, 승온 속도를 3 ℃/시간 내지 1.8 ℃/시간의 범위로 조절하는 경우 나노와이어 또는 나노튜브를 얻을 수 있다. 이때, 상기 열처리 구간을 더욱 세분하여 나노와이어 또는 나노튜브를 단독으로 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 열처리를 130 ℃ 이상 140 ℃ 이하에서 수행하는 경우에는 나노와이어를 얻을 수 있고, 140 ℃ 초과 155 ℃ 이하에서 수행하는 경우에는 나노튜브를 얻을 수 있다.Next, the heat treatment is carried out at 130 ℃ to 155 ℃, if the temperature increase rate is adjusted to the range of 3 ℃ / hour to 1.8 ℃ / hour to obtain a nanowire or nanotubes. At this time, by further subdividing the heat treatment section can be obtained nanowires or nanotubes alone. Specifically, nanowires may be obtained when the heat treatment is performed at 130 ° C. or more and 140 ° C. or less, and nanotubes may be obtained when the heat treatment is performed at 140 ° C. or more and 155 ° C. or less.
다음으로, 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 얻은 열처리된 혼합용액을 냉각시켜 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 합성하는 단계이다. 본 발명에 따라 나노입자와 나노캡슐을 제조하는 경우에는 특별한 냉각조건이 요구되지 않는다. 반면, 본 발명에 따라 나노와이어와 나노튜브를 제조하는 경우에는 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 냉각조건을 조절하여 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각조건을 3 ℃/시간 내지 1 ℃/시간의 냉각 속도 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.Next, step 3 is a step of synthesizing bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures of various forms by cooling the heat-treated mixed solution obtained in step 2. In the case of preparing nanoparticles and nanocapsules according to the present invention, no special cooling conditions are required. On the other hand, when manufacturing nanowires and nanotubes according to the present invention can be increased by adjusting the cooling conditions and the yield and length of the nanowires and nanotubes. Specifically, it is preferable to adjust the cooling conditions within the cooling rate range of 3 ℃ / hour to 1 ℃ / hour.
이후 상기 나노구조체를 건조하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있으며, 상기 건조는 오븐 또는 진공오븐을 이용하여 50 ℃ 내지 60 ℃에서 12시간 이상 수행하는 것이 바람직하다.Thereafter, the step of drying the nanostructure may be additionally performed, and the drying is preferably performed at 50 ° C. to 60 ° C. for at least 12 hours using an oven or a vacuum oven.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조되는 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 제공한다.In addition, the present invention provides various forms of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures prepared according to the above method.
본 발명에 따라 제조된 다양한 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체는 열처리 온도 또는 승온 속도 조건을 변화시킴으로써 원하는 형태의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체를 얻을 수 있으며, 냉각 속도 조건을 변화시킴으로써 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있다.Various forms of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures prepared according to the present invention can obtain a desired form of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures by varying the heat treatment temperature or the rate of temperature increase and cooling. By varying the rate conditions, the yield and length of the nanowires and nanotubes can be increased.
본 발명에 따른 열처리 온도를 달리하여 제조된 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 관찰한 결과를 살펴보면, 열처리 온도 조건에 따라 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브와 같이 나노구조체의 형태가 변화함으로써 원하는 형태의 나노구조체를 얻을 수 있음을 알 수 있다(실험예 1 참조).Looking at the results of morphological changes of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures prepared by varying the heat treatment temperature according to the present invention, nanoparticles, nanocapsules, nanowires and nanocrystals of single crystal structure according to the heat treatment temperature conditions It can be seen that a nanostructure having a desired shape can be obtained by changing the shape of the nanostructure, such as a tube (see Experimental Example 1).
또한, 본 발명에 따른 열처리시의 승온 속도를 달리하여 제조된 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 관찰한 결과를 살펴보면, 승온 속도 조건에 따라 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브와 같이 나노구조체의 형태가 변화함으로써 원하는 형태의 나노구조체를 얻을 수 있음을 알 수 있다(실험예 2 참조).In addition, looking at the results of morphological changes of the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures prepared by varying the temperature increase rate during heat treatment according to the present invention, according to the temperature increase rate conditions, nanoparticles, nanocapsules, nanowires And it can be seen that the nanostructure of the desired form can be obtained by changing the shape of the nanostructure, such as nanotubes (see Experimental Example 2).
또한, 본 발명에 따른 냉각 속도를 달리하여 제조된 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 관찰한 결과를 살펴보면, 냉각 속도 조건에 따라 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다(실험예 3 참조).In addition, looking at the results of morphological changes of the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures prepared by varying the cooling rate according to the present invention, the yield and length of the nanowires and nanotubes increase depending on the cooling rate conditions It can be seen that it can be made (see Experimental Example 3).
따라서, 본 발명의 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체는 수열합성시에 열처리 온도 또는 승온 속도 조건을 변화시킴으로써 나노구조체로서 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브를 제조할 수 있으므로 높은 열전 성능지수 값을 얻을 수 있고, 냉각 속도 조건을 변화시킴으로써 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있어 이와 같은 열전물질을 필요로 하는 산업분야에 유용하게 사용될 수 있다. Accordingly, the bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures of the present invention can prepare nanoparticles, nanocapsules, nanowires, and nanotubes having a single crystal structure as nanostructures by changing the heat treatment temperature or the rate of temperature increase during hydrothermal synthesis. As a result, high thermoelectric performance index values can be obtained, and yields and lengths of nanowires and nanotubes can be increased by changing cooling rate conditions, which can be usefully used in industrial fields requiring such thermoelectric materials.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Experimental Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.
<< 실시예Example 1> 비스무스 텔루라이드( 1> Bismuth Telluride ( BiBi 22 TeTe 33 ) 나노입자의 제조) Preparation of Nanoparticles
500 ㎖ 증류수에 20 mmol BiCl3와 0.2 mmol EDTA를 섞어 BiCl3 수용액을 제조 하였다. 500 ㎖ 증류수에 30 mmol Te 가루(5N 순도)와 0.3 mmol 수산화나트륨, 0.3 mmol 소듐보로하이드라이드를 섞어 Te 수용액을 제조하였다. 상기 BiCl3 수용액과 Te 수용액을 섞은 후 고압증기멸균기에 넣고 밀봉한 후 100 ℃까지 열처리하였다. 이때, 승온 속도는 2 ℃/시간으로 하였으며, 400 rpm에서 교반하였다. 열을 식힌 후에 50 ℃의 오븐 또는 진공오븐에서 12시간 이상 건조하여 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노입자를 제조하였다.Distilled water to 500
<< 실시예Example 2> 비스무스 텔루라이드( 2> Bismuth Telluride ( BiBi 22 TeTe 33 ) 나노캡슐의 제조) Preparation of Nanocapsules
열처리를 120 ℃에서 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노캡슐을 제조하였다. Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanocapsules were prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at 120 ° C.
<< 실시예Example 3> 비스무스 텔루라이드( 3> Bismuth Telluride BiBi 22 TeTe 33 ) ) 나노와이어의Nanowire 제조 Produce
열처리를 140 ℃에서 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노와이어를 제조하였다. Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanowires were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 140 ° C.
<< 실시예Example 4> 비스무스 텔루라이드( 4> Bismuth Telluride ( BiBi 22 TeTe 33 ) 나노튜브의 제조) Preparation of Nanotubes
열처리를 155 ℃에서 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 제조하였다.Bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes were prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment was performed at 155 ° C.
<< 실험예Experimental Example 1> 열처리 온도에 따른 비스무스 텔루라이드( 1> Bismuth telluride according to the heat treatment temperature ( BiBi 22 TeTe 33 ) 나노구조체의 형태변화Morphological Changes of Nanostructures
열처리 온도에 따른 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 알아보기 위하여 하기의 실험을 수행하였다. The following experiment was performed to investigate the morphological changes of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures according to the heat treatment temperature.
상기 실시예 1 내지 4의 나노구조체의 열처리 조건을 도 1에 나타내었으며, X-ray 회절 분석결과를 도 2에 나타내었고, 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지를 도 3에 나타내었다. 보다 상세하게는, 상기 실시예 1의 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지를 3의 (a)에 나타내었고, 상기 실시예 2의 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지를 3의 (b)에 나타내었고, 상기 실시예 3의 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지를 3의 (c)에 나타내었고, 상기 실시예 4의 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지를 3의 (d)에 나타내었다. Heat treatment conditions of the nanostructures of Examples 1 to 4 are shown in FIG. 1, X-ray diffraction analysis results are shown in FIG. 2, and high resolution transmission electron microscope (HR TEM) images are shown in FIG. 3. More specifically, the high-resolution transmission electron microscope (HR TEM) image of Example 1 is shown in (a) of 3, and the high-resolution transmission electron microscope (HR TEM) image of Example 2 is shown in (b) of 3 The high resolution transmission electron microscope (HR TEM) image of Example 3 is shown in (c) of 3, and the high resolution transmission electron microscope (HR TEM) image of Example 4 is shown in (d) of 3. .
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 4의 나노구조체는 모두 단결정인 것을 관찰할 수 있다.As can be seen in Figure 2, it can be observed that the nanostructures of Examples 1 to 4 are all single crystals.
도 3의 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노입자를 관찰할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노캡슐을 관찰할 수 있다. 또한, 도 3의 (c)에서 알 수 있는 바와 같이, 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노와이어를 관찰할 수 있다. 나아가, 도 3의 (d)에서 알 수 있는 바와 같이, 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노튜브를 관찰할 수 있다. As can be seen in (a) of FIG. 3, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanoparticles can be observed. In addition, as can be seen in Figure 3 (b), bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanocapsules can be observed. In addition, as can be seen in Figure 3 (c), bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanowires can be observed. Furthermore, as can be seen in FIG. 3 (d), bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanotubes can be observed.
이를 통해, 열처리 온도 조건에 따라 단결정 구조의 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브와 같이 나노구조체의 형태가 변화함으로써 원하는 형태의 나노구조체를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the nanostructure of the desired shape can be obtained by changing the shape of the nanostructure, such as nanoparticles, nanocapsules, nanowires and nanotubes of the single crystal structure according to the heat treatment temperature conditions.
<< 실험예Experimental Example 2> 열처리시의 2> during heat treatment 승온Elevated temperature 속도에 따른 비스무스 텔루라이드( Bismuth Telluride Depending On Speed BiBi 22 TeTe 33 ) 나노구조체의 형태변화Morphological Changes of Nanostructures
열처리시의 승온 속도에 따른 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 알아보기 위하여 하기의 실험을 수행하였다. The following experiment was performed to investigate the morphological changes of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures according to the temperature increase rate during the heat treatment.
승온 속도를 하기 표 1의 조건과 같이 수행하였고,얻어진 나노구조체를 하기 표 1에 나타내었다.The temperature increase rate was performed as shown in Table 1 below, and the obtained nanostructures are shown in Table 1 below.
140
상기 표 1을 참조하면, 열처리를 100 ℃에서 수행하는 경우에는 100 ℃/시간 내지 20 ℃/시간의 범위에서 나노입자가 생성되며, 열처리를 120 ℃에서 수행하는 경우에는 100 ℃/시간 내지 20 ℃/시간의 범위에서 나노캡슐이 생성되는 것을 알 수 있다. 또한, 열처리를 140 ℃에서 수행하는 경우에는 3 ℃/시간 내지 1.8 ℃/시간의 범위에서 나노와이어가 생성되며, 열처리를 155 ℃에서 수행하는 경우에는 3 ℃/시간 내지 1.8 ℃/시간의 범위에서 나노튜브가 생성되는 것을 알 수 있다. Referring to Table 1, when the heat treatment is performed at 100 ℃ nanoparticles are produced in the range of 100 ℃ / hour to 20 ℃ / hour, when performing the heat treatment at 120
이를 통해, 승온 속도 조건에 따라 나노입자, 나노캡슐, 나노와이어 및 나노튜브와 같이 나노구조체의 형태가 변화함으로써 원하는 형태의 나노구조체를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the nanostructure of the desired shape can be obtained by changing the shape of the nanostructures, such as nanoparticles, nanocapsules, nanowires and nanotubes according to the temperature increase rate conditions.
<< 실험예Experimental Example 3> 냉각 속도에 따른 3> according to the cooling rate 비스무스Bismuth 텔루라이드Telluride (( BiBi 22 TeTe 33 ) 나노구조체의 형태변화Morphological Changes of Nanostructures
냉각 속도에 따른 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 형태변화를 알아보기 위하여 하기의 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to investigate the morphological changes of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures with cooling rate.
155 ℃의 열처리 온도, 2 ℃/시간의 승온 속도, 하기 표 2의 냉각 속도 조건과 같이 수행하였고, 얻어진 나노구조체의 수율 및 길이를 하기 표 2에 나타내었다.The heat treatment temperature of 155 ℃, the temperature increase rate of 2 ℃ / hour, the cooling rate conditions of Table 2 were carried out as follows, the yield and length of the obtained nanostructures are shown in Table 2 below.
상기 표 2를 참조하면, 100 ℃/시간 내지 50 ℃/시간의 냉각 속도 구간에서 나노구조체의 수율 및 길이가 크게 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 또한 3 ℃/시간 내지 1 ℃/시간의 냉각속도 구간에서 나노튜브의 수율이 15% 증가하며, 길이가 0.1-1 ㎛에서 1-3 ㎛로 길어지고, 나노와이어의 길이가 1-3 ㎛에서 4-6 ㎛로 길어지는 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the yield and the length of the nanostructure does not change significantly in the cooling rate section of 100 ℃ / hour to 50 ℃ / hour. In addition, the yield of nanotubes increased by 15% in the cooling rate section of 3 ℃ / hour to 1 ℃ / hour, the length is increased from 0.1-1 ㎛ to 1-3 ㎛, nanowire length is 1-3 ㎛ It can be seen that the length is 4-6 μm.
이를 통해, 냉각 속도 조건에 따라 나노와이어 및 나노튜브의 수율 및 길이를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the yield and length of the nanowires and nanotubes can be increased according to the cooling rate conditions.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 조건을 나타낸 그래프이고;1 is a graph showing heat treatment conditions according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 열처리 온도에 따라 생성된 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 X-ray 회절 분석 결과이고;2 is an X-ray diffraction analysis of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures produced according to the heat treatment temperature according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 열처리 온도에 따라 생성된 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 나노구조체의 고분해능투과전자현미경(HR TEM) 이미지이다((a)나노입자, (b)나노캡슐, (c)나노와이어, (d)나노튜브).3 is a high-resolution transmission electron microscope (HR TEM) image of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) nanostructures produced according to the heat treatment temperature according to the present invention ((a) nanoparticles, (b) nanocapsules, (c)). ) Nanowires, (d) nanotubes).
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090056572A KR20100138171A (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090056572A KR20100138171A (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100138171A true KR20100138171A (en) | 2010-12-31 |
Family
ID=43511674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090056572A KR20100138171A (en) | 2009-06-24 | 2009-06-24 | Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20100138171A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012165855A2 (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Method of development for the enhancement of thermoelectric efficiency of thermoelectric material through annealing process |
-
2009
- 2009-06-24 KR KR1020090056572A patent/KR20100138171A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012165855A2 (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Method of development for the enhancement of thermoelectric efficiency of thermoelectric material through annealing process |
WO2012165855A3 (en) * | 2011-05-30 | 2013-03-28 | Lg Innotek Co., Ltd. | Method of development for the enhancement of thermoelectric efficiency of thermoelectric material through annealing process |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mamur et al. | A review on bismuth telluride (Bi2Te3) nanostructure for thermoelectric applications | |
Ma et al. | Review of experimental approaches for improving zT of thermoelectric materials | |
Li et al. | A simple thermoelectric device based on inorganic/organic composite thin film for energy harvesting | |
Mi et al. | Biomolecule-assisted hydrothermal synthesis and self-assembly of Bi2Te3 nanostring-cluster hierarchical structure | |
Rao et al. | Properties of nanostructured one-dimensional and composite thermoelectric materials | |
Zhang et al. | Nanostructures for thermoelectric applications: synthesis, growth mechanism, and property studies | |
Zhang et al. | High yield Bi2Te3 single crystal nanosheets with uniform morphology via a solvothermal synthesis | |
Li et al. | Bismuth nanotubes: a rational low-temperature synthetic route | |
JP5253810B2 (en) | Nanocomposites with high thermoelectric figure of merit | |
KR102097064B1 (en) | Composite thermoelectric material, thermoelectric device and apparatus comprising same, and preparation method thereof | |
Wang et al. | Room temperature synthesis of Cu2O nanocubes and nanoboxes | |
US20130273370A1 (en) | Ultrathin nanowire-based and nanoscale heterostructure-based thermoelectric conversion structures and method of making same | |
EP2658002B1 (en) | Thermoelectric material having reduced thermal conductivity | |
Zhou et al. | General method of synthesis ultrathin ternary metal chalcogenide nanowires for potential thermoelectric applications | |
Yu et al. | Growth of dumbbell-like ZnO microcrystals under mild conditions and their photoluminescence properties | |
Wu et al. | Facile synthesis of monodisperse Cu 3 SbSe 4 nanoparticles and thermoelectric performance of Cu 3 SbSe 4 nanoparticle-based materials | |
KR102097063B1 (en) | Thermoelectric material, thermoelectric device and apparatus comprising same, and preparation method thereof | |
Srivastava et al. | Low temperature reduction route to synthesise bismuth telluride (Bi2Te3) nanoparticles: structural and optical studies | |
KR101451302B1 (en) | A method for preparing bismuth telluride nanotubes and bismuth telluride nanotubes with high aspect ratio | |
KR102176589B1 (en) | Thermoelectric material, thermoelectric device and apparatus comprising same, and preparation method thereof | |
Shtern et al. | Challenges and perspective recent trends of enhancing the efficiency of thermoelectric materials on the basis of PbTe | |
Liu et al. | Hierarchical Bi2Te3 Nanostrings: Green Synthesis and Their Thermoelectric Properties | |
JP5721127B2 (en) | Metal nanomaterial and manufacturing method thereof | |
KR20130036638A (en) | Method for fabricating a bixte3-ysey thermoelectric nanocompound and the thermoelectric nanocompound thereof | |
KR20100138171A (en) | Preparation method of bismuth telluride nanostructures having various morphology by hydrothermal synthesis and bismuth telluride nanostructures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |