KR20160148391A - 열전 재료 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

열전 재료 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160148391A
KR20160148391A KR1020150085402A KR20150085402A KR20160148391A KR 20160148391 A KR20160148391 A KR 20160148391A KR 1020150085402 A KR1020150085402 A KR 1020150085402A KR 20150085402 A KR20150085402 A KR 20150085402A KR 20160148391 A KR20160148391 A KR 20160148391A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric material
present
thermoelectric
material according
formula
Prior art date
Application number
KR1020150085402A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102058196B1 (ko
Inventor
김태훈
박철희
고경문
권오정
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020150085402A priority Critical patent/KR102058196B1/ko
Publication of KR20160148391A publication Critical patent/KR20160148391A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102058196B1 publication Critical patent/KR102058196B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01L35/14—
    • H01L35/16—
    • H01L35/18—
    • H01L35/34—

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 열전 변환 성능이 우수한 열전 재료 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 열전 재료는, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
Bi1-x-yLnxMyCuOSe1-zQz
상기 화학식 1에서, Ln은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소이고, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb 중 적어도 하나 이상의 원소이며, Q는 Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소이고, 0<x<1, 0≤y<1, 0<x+y<1 및 0≤z<1이다.

Description

열전 재료 및 이를 제조하는 방법{Thermoelectric material and manufacturing method thereof}
본 발명은 열전 재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 변환 성능이 향상된 신규한 열전 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열전 재료는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작하는 화합물이다. 이러한 열전 재료는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 대표적으로, 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 열전 변환 소자, 광전 변환 효과를 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광 소자와 태양 전지 등에 열전 변환 재료가 이용될 수 있다.
특히, 열전 재료는 열전 변환 발전이나 열전 변환 냉각 등에 적용될 수 있다. 이 중 열전 변환 발전은, 열전 변환 소자에 온도차를 둠으로써 발생하는 열기전력을 이용하여, 열 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 형태이다. 그리고, 열전 변환 냉각은, 열전 변환 소자의 양단에 직류 전류를 흘렸을 때, 양단에서 온도 차가 발생하는 효과를 이용하여, 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 냉각 형태이다. 열전 재료는, 열전 변환 소자를 구성하여 열전 변환 발전이나 열전 변환 냉각을 달성하도록 구현될 수 있는데, 이러한 열전 변환 소자에는 N 타입 열전 재료와 P 타입 열전 재료가 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결될 수 있다.
이와 같은 열전 기술은, 내열 기관을 사용하지 않고 열과 전기의 직접적이며 가역적인 변환이 가능하다는 장점이 있다. 특히, 최근에는 친환경 에너지 소재에 대한 관심이 증대되면서, 열전 기술이 점차 주목할 만한 기술로서 각광받고 있다.
이러한 열전 변환 소자의 에너지 변환 효율은 대체로 열전 변환 재료의 성능 지수 값인 ZT나 다른 여러 인자에 의존한다고 할 수 있다. 여기서, ZT는 제벡(Seebeck) 계수, 전기 전도도 및 열 전도도 등에 따라 결정될 수 있다.
지금까지 열전 변환 소자로 사용될 수 있도록 많은 열전 재료가 제안 및 개발되고 있다. 대표적인 군으로서는, 칼코게나이드(chalcogenide)계, 안티모나이드(antimonide)계, 클래스레이트(clathrate)계, 하프 휘슬러(Half Heusler)계, 스쿠테루다이트(skutterudite)계 등을 들 수 있다.
하지만, 이제까지 제안된 열전 변환 재료에 있어서, 충분한 열전 변환 성능이 확보되었다고는 볼 수 없다. 더욱이, 최근에는 열전 변환 재료에 대한 적용 분야는 점차 확장되어 가고 있으며, 적용 분야마다 온도 조건이 달라질 수 있다. 그런데, 열전 변환 재료는 온도에 따라 열전 변환 성능이 달라질 수 있으므로, 각각의 열전 변환 재료는 해당 열전 변환 재료가 적용된 분야에서 열전 변환 성능이 최적화될 필요가 있다.
특히, 최근에는 50℃에서 300℃와 같은 중저온 구간에서 열전 변환 성능이 높은 열전 재료의 필요성이 증가하고 있다. 예를 들어, 고온에서 높은 성능을 가지더라도 저온에서 성능이 낮은 열전 소재는 발전용 열전 소재로 바람직하지 않을 수 있다. 왜냐하면, 이와 같은 열전 소재가 고온의 열원에 적용되더라도 소재 자체에서 발생하는 온도 gradient에 의하여 소재의 일부는 원하는 온도보다 훨씬 낮은 온도를 경험할 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 온도 구간에서 열전 변환 성능이 우수한 열전 재료가 지속적으로 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전 변환 성능이 우수한 열전 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는 열전 재료에 관한 거듭된 연구 끝에 본 발명에 따른 열전 재료를 제조하는데 성공하고, 이러한 열전 재료의 우수한 특성을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 열전 재료는, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
Bi1-x-yLnxMyCuOSe1-zQz
상기 화학식 1에서, Ln은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소이고, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb 중 적어도 하나 이상의 원소이며, Q는 Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소이고, 0<x<1, 0≤y<1, 0<x+y<1 및 0≤z<1이다.
여기서, 상기 화학식 1의 Ln은, La일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 z는, 0일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 x 및 y는, 0<x+y≤0.1일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열전 재료 제조 방법은, 제1항의 화학식 1의 조성에 따라, Bi2O3, Bi, Cu 및 Se의 각 분말과, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 열처리하여 합성물을 형성하는 단계; 및 상기 합성물을 가압 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 혼합물 형성 단계는, Bi2O3, Bi, Cu 및 Se의 각 분말과 La2O3의 분말을 혼합할 수 있다.
또한, 상기 혼합물 형성 단계는, 상기 혼합물에 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As, Sb, Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 본 발명에 따른 열전 재료를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열전 변환 성능이 우수한 열전 재료가 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 제벡 계수가 향상된 열전 재료가 제공될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 열전 재료의 경우, 50℃에서 300℃의 온도 범위에서 우수한 열전 변환 성능을 나타낸다고 할 수 있다.
이러한 열전 재료는, 종래의 열전 재료를 대체하거나, 종래의 열전 재료에 더하여 또 다른 하나의 소재로서 사용될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 재료 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명에 따라 제조한 실시예 및 비교예의 열전 재료에 대하여, 각각 온도 변화에 따른 제벡계수 값을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 열전 재료는, 다음과 같은 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
Bi1-x-yLnxMyCuOSe1-zQz
상기 화학식 1에서, Ln은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이다.
특히, 상기 화학식 1에서, Ln은 La일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이다.
또한, 상기 화학식 1에서, Q는 Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소이고, 0<x<1, 0≤y<1, 0<x+y<1 및 0≤z<1이다.
상기 화학식 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 재료는, Bi, Cu, O 및 Se와 함께 Ln(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 하나 이상)을 필수적으로 포함한다고 할 수 있다.
특히, Ln은, Bi를 치환하는 형태로 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 재료에서, Bi의 적어도 일부 사이트는 Ln으로 치환된다고 할 수 있다.
또한 상기 화학식 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 재료는, M(Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb 중 하나 이상)을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때, M은, Ln과 함께 Bi를 치환하는 형태로 포함될 수 있다. 즉, Bi의 일부 사이트는 Ln으로 치환되고, Bi의 다른 일부 사이트는 M으로 치환될 수 있다.
또한 상기 화학식 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 재료는, Q(Te 및/또는 S)를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이때, Q는, Se를 치환하는 형태로 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 재료에서, Se의 일부 사이트는, Te 및/또는 S로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서 z는 0일 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 열전 재료는 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.
Bi1-x-yLnxMyCuOSe
또한, 본 발명에 따른 열전 재료는, 상기 화학식 1의 x 및 y가 0<x+y≤0.1의 관계를 만족하도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 화학식 1에서 x는 0<x≤0.1일 수 있다. 더욱이, 상기 화학식 1에서 x는 0<x≤0.05일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1에서 x는 0.02일 수 있다.
여기서, Ln이 La인 경우, 본 발명에 따른 열전 재료는 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.
Bi0.98-yLa0.02MyCuOSe1-zQz
또한, 상기 화학식 1에서 y는 0일 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 열전 재료는 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.
Bi1-xLnxCuOSe1-zQz
이처럼, 본 발명에 따른 열전 재료는, Bi-Cu-O-Se를 기본 구성으로 하되, Bi, Cu, O 및/또는 Se는 적절한 조성비에 따라 다른 원소로 치환될 수 있다. 그리고, 이러한 구성적 특징으로, 본 발명에 따른 열전 재료는 종전 열전 재료에 비해 열전 변환 성능이 향상될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 재료 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 재료 제조 방법은, 원료 혼합 단계(S110), 열처리 합성 단계(S120) 및 가압 소결 단계(S130)를 포함할 수 있다.
상기 S110 단계는, 열전 재료에 포함되는 각 원료를 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다. 특히, 상기 S110 단계는, 상기 화학식 1에 기초하여 각 원료 물질을 혼합할 수 있다.
이를테면, 상기 S110 단계는, 각 원소에 대하여, 몰비로서, Bi:Ln:M:Cu:O:Se:Q = 1-x-y:x:y:1:1:1-z:z이 되도록 칭량하여 서로 혼합할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 열전 재료를 나타내는 화학식 1이 Bi0.95Ce0.04Sr0.01CuOSe0.9S0.1로 표시되는 경우, 상기 S110 단계는, Bi, Ce, Sr, Cu, O, Se, S가 몰비로 0.95:0.04:0.01:1:1:0.9.0.1이 되도록 서로 혼합될 수 있다.
즉, 상기 S110 단계에서는, 제1항의 화학식 1의 조성에 따라, Bi2O3, Bi, Cu 및 Se의 각 분말과, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말을 혼합하여 혼합물이 형성될 수 있다.
상기 S110 단계에서, 각 원료는 분말 형태로 혼합될 수 있다. 이 경우, 각 원소 간 접촉 면적이 늘어나, S120 단계에서 각 원소 간 반응이 보다 잘 일어나도록 할 수 있다. 다만, 상기 혼합 단계에서 산소(O) 원소 자체는 기체 상태로 존재하기 쉬우므로, O는 단독으로 존재하기보다는 다른 원소의 산화물 형태로 포함되어 혼합될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 열전 재료가 Bi, La, Cu, O 및 Se로 구성된 경우, 상기 S110 단계는, Bi2O3, Bi, Cu 및 Se의 각 분말과 La2O3의 분말이 서로 혼합되도록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 원소 간 혼합이 잘 이루어지고 반응성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전 재료는, 구성 성분에 상기 M을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 S110 단계는, 혼합물에 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말이 더 포함되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전 재료는, 구성 성분에 상기 Q를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 S110 단계는, 혼합물에 Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말이 더 포함되도록 할 수 있다.
한편, 상기 S110 단계는, 분말 형태의 각 원료를 그라인딩(grinding), 핸드 밀링(hand milling) 등으로 분쇄화한 후 펠릿화(pelletization)하는 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 혼합 방식에 의하면, 혼합이 잘 이루어져, S120 단계에서 각 원소 간 반응이 보다 잘 일어나도록 할 수 있다.
상기 S120 단계는, 상기 S110 단계에서 형성된 혼합물을 열처리하여 각 원소 간 반응이 일어나도록 함으로써, 합성물이 형성되도록 할 수 있다. 즉, 상기 S120 단계는, 혼합물 내에 포함되어 있는 각 원소를 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 형성되도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 S120 단계는, 소정 온도, 이를테면 400℃ 내지 650℃의 온도 범위에서 혼합물에 열처리가 수행되도록 할 수 있다. 또한, 상기 S120 단계는, 소정 시간, 이를테면 10시간 내지 15시간 동안 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 S120 단계는, 혼합된 원료를 실리카 튜브(silica tube)에 넣은 후, 600℃에서 12시간 유지되도록 함으로써, 각 원료가 서로 반응하여 합성물이 형성되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 S120 단계는, 멜팅(melting) 방식 또는 고체상 반응(Solid State Reaction) 방식에 의해 수행될 수 있다.
상기 S130 단계는, 상기 S120 단계에서 형성된 합성물을 소결시킴으로써, 소결체가 형성되도록 할 수 있다. 그리고, 이와 같은 소결 단계는, 가압 조건 하에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 S130 단계는, 30MPa 내지 200MPa의 압력 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 소결 단계는, 소정 온도, 이를테면 300℃ 내지 800℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 그리고, 상기 소결 단계는, 소정 시간, 이를테면 1시간 내지 15시간 동안 수행될 수 있다.
여기서, 상기 S130 단계는, CIP(Cold Isostatic Press) 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 S130 단계는, 소정 압력 조건 하에서 가압된 이후에 열처리하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 열전 재료는, BiCuOTe계 열전 재료에 비해 열전 변환 성능이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 재료는, 300K 내지 600K의 온도 범위에서 제벡 계수가 향상될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 열전 재료는, 300K 내지 600K의 온도 범위에서 제벡 계수가 400 ㎶/K 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 열전 재료는, 열전 변환 소자에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 본 발명에 따른 열전 재료, 즉 상기 화학식 1로 표시되는 열전 재료를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
파우더 형태의 Bi, Bi2O3, Cu, Se 및 La2O3를 Bi0.98La0.02CuOSe 조성이 되도록 칭량하고, 이들을 아게이트 몰타르(agate mortar)에서 잘 섞은 후에 펠렛(pellets) 형태로 만들어 실리카 튜브에 담았다. 그리고, 이들을 진공 밀봉하고 600℃에서 12시간 동안 가열하여 분말 형태의 Bi0.98La0.02CuOSe 화합물을 실시예 시료로 얻었다. 이와 같이 합성된 실시예 시료를 직경 4 mm, 길이 15 mm의 원기둥으로 성형하고, CIP를 사용하여 200MPa로 압력을 가하였다. 이어서, 얻어진 결과물을 석영관에 넣고 12시간 동안 진공 소결하였다. 그리고 나서, 소결한 원기둥에 대해서는 ZEM-3(Ulvac-Rico, Inc)를 사용하여 소정 온도 간격으로 시료의 제벡 계수를 측정하였으며, 그 결과를 실시예 1로서 도 2에 도시하였다.
비교예 1
파우더 형태의 Bi, Bi2O3, Cu 및 Te를 BiCuOTe 조성이 되도록 칭량하고, 이들을 아게이트 몰타르(agate mortar)에서 잘 섞은 후에 펠렛(pellets) 형태로 만들어 실리카 튜브에 담았다. 그리고, 이들을 진공 밀봉하고 600℃에서 12시간 동안 가열하여 분말 형태의 BiCuOTe 화합물을 비교예 시료로 얻었다. 이와 같이 합성된 비교예 시료를 직경 4 mm, 길이 15 mm의 원기둥으로 성형하고, CIP를 사용하여 200MPa로 압력을 가하였다. 이어서, 얻어진 결과물을 석영관에 넣고 12시간 동안 진공 소결하였다. 그리고 나서, 소결한 원기둥에 대해서는 ZEM-3(Ulvac-Rico, Inc)를 사용하여 소정 온도 간격으로 시료의 제벡 계수를 측정하였으며, 그 결과를 비교예 1로서 도 2에 도시하였다.
도 2의 결과를 참조하면, 실시예 1의 열전 재료가 비교예 1의 열전 재료에 비해, 대략 50℃ 내지 300℃의 전체 온도 측정 구간에 걸쳐, 제벡 계수가 현저하게 높다는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예 1의 열전 재료의 경우, 300K 내지 600K의 온도 구간 전체에서 대략 400 ㎶/K보다 높은 제벡계수를 갖는 것으로 나타난다. 반면, 비교예 1의 열전 재료의 경우, 동일한 온도 구건에서 대략 200 ㎶/K보다 낮은 제벡계수를 갖는 것으로 나타난다. 이러한 결과를 보면, 실시예 1의 열전 재료가 비교예 1의 열전 재료에 비해 대략 2배 이상의 제벡계수 향상 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 재료, 즉 Bi, Cu, O 및 Se를 기본 구성으로 하되 Bi의 일부가 La로 치환된 열전 재료의 경우, Bi, Cu, O 및 Te로 구성된 비교예의 열전 재료에 비해 열전 변환 성능이 더욱 향상됨을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 열전 재료.
    <화학식 1>
    Bi1-x-yLnxMyCuOSe1-zQz
    상기 화학식 1에서, Ln은 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소이고, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb 중 적어도 하나 이상의 원소이며, Q는 Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소이고, 0<x<1, 0≤y<1, 0<x+y<1 및 0≤z<1이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 Ln은, La인 것을 특징으로 하는 열전 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 z는, 0인 것을 특징으로 하는 열전 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 x 및 y는, 0<x+y≤0.1인 것을 특징으로 하는 열전 재료.
  5. 제1항의 화학식 1의 조성에 따라, Bi2O3, Bi, Cu 및 Se의 각 분말과, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 열처리하여 합성물을 형성하는 단계; 및
    상기 합성물을 가압 소결하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 열전 재료의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 혼합물 형성 단계는, 상기 혼합물에 Ba, Sr, Ca, Mg, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As, Sb, Te 및 S 중 적어도 하나 이상의 원소 또는 그 산화물로 된 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 재료 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 열전 재료를 포함하는 열전 변환 소자.
KR1020150085402A 2015-06-16 2015-06-16 열전 재료 및 이를 제조하는 방법 KR102058196B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150085402A KR102058196B1 (ko) 2015-06-16 2015-06-16 열전 재료 및 이를 제조하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150085402A KR102058196B1 (ko) 2015-06-16 2015-06-16 열전 재료 및 이를 제조하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160148391A true KR20160148391A (ko) 2016-12-26
KR102058196B1 KR102058196B1 (ko) 2019-12-20

Family

ID=57733992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150085402A KR102058196B1 (ko) 2015-06-16 2015-06-16 열전 재료 및 이를 제조하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102058196B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR102058196B1 (ko) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5042245B2 (ja) 熱電用途用のドープ処理テルル化鉛
JP5462858B2 (ja) 新規な化合物半導体及びその製造方法、並びにそれを用いた熱電変換素子
JP5468554B2 (ja) 熱電応用のためのドープテルル化スズを含む半導体材料
KR101624310B1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
US10937939B2 (en) Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element
KR101629509B1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
JP6865951B2 (ja) ｐ型熱電半導体、その製造方法及びそれを用いた熱電発電素子
KR101635638B1 (ko) 열전 재료 및 그 제조 방법
CN101118946B (zh) 一种钡锌锑基p型热电材料及其制备方法
KR20160148391A (ko) 열전 재료 및 이를 제조하는 방법
JP5090939B2 (ja) ｐ型熱電変換材料
US20170158563A1 (en) Material for a Thermoelectric Element and Method for Producing a Material for a Thermoelectric Element
KR101405364B1 (ko) 알루미늄 도핑 망간-규소계 열전재료 제조방법 및 그에 따라 제조된 열전재료
KR20110015212A (ko) ＮａｘＣｏ2Ｏ4계 열전조성물 및 이를 이용한 소자의 제조방법
JP4338956B2 (ja) 酸化物焼結体、ｎ型熱電変換材料及びそれを用いた熱電変換素子
JP2020057727A (ja) 熱電材料、その製造方法およびそれを用いた熱電発電素子
CN110265540A (zh) 钡铜碲基p型热电材料及其制备方法
JP2008021667A (ja) 熱電変換材料および熱電変換モジュール
JP2001326392A (ja) 高温用ｐ型熱電素子材料
JP2003282967A (ja) 熱電変換材料及び熱電変換素子
KR20160017240A (ko) 열전재료, 이를 포함하는 열전모듈 및 열전장치
JP2003282963A (ja) パラジウム酸化物からなる熱電変換材料とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant