KR20190136654A - METHOD FOR MANUFACTURING Bi-Sb-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL CONTAINING CARBON NANOTUBE AND THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a Bi-Sb-Te-based thermoelectric material containing carbon nanotubes, and a thermoelectric material manufactured thereby. The method comprises: a step (a) of combining (i) Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder and (ii) carbon nanotubes (CNT) or CNT having a metal coating layer by means of high energy milling; and a step (b) of manufacturing a sintered body from combined powder obtained from the step (a). According to the present invention, a powder metallurgy process is applied to manufacturing of a thermoelectric material to enable mass production. In particular, CNT including a metal coating layer is combined with the Bi-Sb-Te-based thermoelectric material through mechanical alloying to increase electrical conductivity but inhibit an increase in thermal conductivity, thereby enabling a user to manufacture a thermoelectric material having enhanced mechanical properties as well as excellent figure of merit (ZT) compared to a conventional thermoelectric material.

Description

탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법 이에 의해 제조된 열전재료{METHOD FOR MANUFACTURING Bi-Sb-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL CONTAINING CARBON NANOTUBE AND THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY}Method for manufacturing carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material {METHOD FOR MANUFACTURING Bi-Sb-Te BASED THERMOELECTRIC MATERIAL CONTAINING CARBON NANOTUBE AND THERMOELECTRIC MATERIAL MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 열전재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전재료에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 탄소나노튜브를 함유하는 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전재료에 대한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric material and a thermoelectric material manufactured thereby, and more particularly, to a method of manufacturing a Bi-Sb-Te-based thermoelectric material containing carbon nanotubes and to a thermoelectric material manufactured thereby. will be.

열전재료란 신대체에너지 재료로서 온도구배에 의한 열에너지를 전기에너지로 변환하고, 역으로 직류전류를 인가하여 재료의 양단에 한 곳은 흡열 다른 곳은 발열이 일어나 열에너지로 변환하는 재료이다.A thermoelectric material is a new alternative energy material that converts thermal energy due to temperature gradient into electrical energy, and inversely, direct current is applied to one end of the material, where endothermic heat is generated and heat is converted to thermal energy.

상기와 같은 에너지변환현상을 열전현상이라 하며, 그 중 열에너지를 전기에너지로 변환하는 Seebeck 효과는 열전발전(thermoelectric generation)에 이용되고, 전기에너지를 열에너지로 변환하는 Peltier 효과는 열전냉각(thermoelectric refrigeration)에 이용되고 있다.The above-mentioned energy conversion phenomenon is called thermoelectric phenomenon, and the Seebeck effect of converting thermal energy into electrical energy is used for thermoelectric generation, and the Peltier effect of converting electrical energy into thermal energy is thermoelectric refrigeration. It is used for.

상기 열전발전은 기존의 발전 장치와 달리 구동부가 없어 소음이 적고 간편하게 열과 전기를 상호 변환할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 열전냉각은 기존의 장치처럼 냉매를 이용하지 않기 때문에 환경 친화적이며, 기계적 구동부가 없기 때문에 소음 및 진동이 없고 국소부분의 선택적인 냉각이 가능하다. 따라서, 고출력의 레이저 다이오드, 계측장비, 의료용 장비, 소형 냉장고 등의 가전 산업 분야로 사용이 점차 확대되고 있다.The thermoelectric power generation has the advantage that there is little noise and can easily convert heat and electricity mutually, unlike a conventional power generation device. In addition, the thermoelectric cooling is environmentally friendly because it does not use a refrigerant as in the conventional apparatus, and since there is no mechanical driving unit, there is no noise and vibration and selective cooling of the local part is possible. Therefore, its use is gradually being extended to the home appliance industry, such as high power laser diodes, measuring equipment, medical equipment, and small refrigerators.

열전재료가 널리 사용되기 위해서는 재료의 열/전기 변환효율이 높아야 하는데, 일반적으로 열전재료의 변환효율은 성능지수(figure of merit, ZT)로 평가된다.In order for the thermoelectric material to be widely used, the thermal / electric conversion efficiency of the material must be high. Generally, the conversion efficiency of the thermoelectric material is evaluated as a figure of merit (ZT).

열전재료의 성능지수는

Figure pat00001
로 나타내며, 높은 변환효율을 나타내기 위해서는 높은 Seebeck 계수(α)와 낮은 전기비저항(ρ) 및 낮은 열전도도(κ)가 동시에 요구된다. 이들 물성들은 재료내부의 전하(carrier)와 격자진동(phonon)의 거동에 의존하는 물질상수로서, 서로 종속적인 관계를 가지고 있다. 이러한 물성들의 상호의존적인 관계는 열전재료의 연구가 진행된 이래 성능지수를 높이는데 큰 장애요소로 작용하여 왔으며, 이를 극복하기 위한 여러 연구가 활발히 진행되고 있다.The performance index of thermoelectric materials
Figure pat00001
In order to show high conversion efficiency, high Seebeck coefficient (α), low electrical resistivity (ρ), and low thermal conductivity (κ) are simultaneously required. These properties are material constants that depend on the behavior of carriers and lattice vibrations within the material and have a mutually dependent relationship. The interdependent relationship of these properties has been a major obstacle to improving the performance index since the study of thermoelectric materials, and various studies to overcome them have been actively conducted.

성능지수는 사용온도에 따라서 우수한 성능지수를 가지는 합금계가 나누어져 있으며, 상온영역(200℃ 이하)에서는 Bi-Te계, 중온영역(200~400℃)에서는 TAGS (tellurium-antimony-germanium-silver)계, 고온영역(500~1000)에서는 Si-Ge계 재료가 이용되고 있다.The performance index is divided into alloys having excellent performance indexes according to the operating temperature.Bi-Te-based in the room temperature range (below 200 ℃) and TAGS (tellurium-antimony-germanium-silver) in the mid-temperature zone (200 ~ 400 ℃) Si-Ge-based materials are used in the high-temperature regions 500-1000.

상온에서 높은 성능지수를 가지는 재료인 Bi-Te계 열전재료는 Bi2Te3가 대표적이며, Sb이나 Se을 첨가하여 p형 혹은 n형으로 제조하는데, 현재 상용 Bi2Te3계 재료는 용해/응고공정기술에 기반을 둔 단결정 성장법(single crystal growth)인 일방향 응고법(unidirectional solidification)으로 제조되는 것이 일반적이다.Bi-Te-based thermoelectric material, which has a high performance index at room temperature, is typically Bi 2 Te 3 and is manufactured in p-type or n-type by adding Sb or Se. Currently, commercially available Bi 2 Te 3- based materials are dissolved / It is generally manufactured by unidirectional solidification, which is a single crystal growth method based on the solidification process technology.

하지만, 일방향 응고법을 이용한 제조방법의 경우에는, 제조 공정에 장시간이 소요되며, 공정 시간동안 소재 내 편석이 발생하여 물성이 고르지 않다는 단점이 있다. 또한, Bi2Te3계 소재는 벽계면으로 Van der Waals 결합이 존재하여 기계적 물성이 매우 취약하며, 이러한 단점 때문에 소자 가공시 높은 손실률(30%)을 나타낸다. However, in the case of the manufacturing method using the one-way coagulation method, the manufacturing process takes a long time, there is a disadvantage that the segregation in the material occurs during the process time is uneven physical properties. In addition, Bi 2 Te 3 based materials have a very weak mechanical properties due to the presence of van der Waals bonds on the wall interface.

또한, 상기 Bi2Te3계 소재 등 기존 소재의 경우 열전성능을 결정하는 세가지 인자(열전 성능 ZT=

Figure pat00002
, α:제벡계수, σ: 전기전도도, k:열전도도)가 상호의존적이기 때문에 열전 성능을 향상시키기에는 한계가 있다.In addition, in the case of existing materials such as the Bi 2 Te 3 system, three factors that determine thermoelectric performance (thermoelectric performance ZT =
Figure pat00002
, α: Seebeck coefficient, σ: electrical conductivity, and k: thermal conductivity) are interdependent and thus there is a limit to improving thermoelectric performance.

한국등록특허 제10-1114252호 (등록일: 2012. 02. 02.)Korea Patent Registration No. 10-1114252 (Registration Date: 2012. 02. 02.) 한국등록특허 제10-1104677호 (등록일: 2012. 01. 04.)Korea Patent Registration No. 10-1104677 (Registration Date: 2012. 01. 04.) 일본공개특허 특개 2004-342893 (공개일: 2004. 12. 02.)Japanese Patent Laid-Open No. 2004-342893 (published: 2004. 12. 02.)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 분말야금공정 기술을 기반으로 함으로써 기존의 일방향 응고법 등에 비해 열전재료를 대량생산할 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 물성이 향상되고 우수한 열전성능지수(ZT)를 가지는 열전재료를 제조할 수 있는 열전재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 열전재료를 제공하는 것이다.Technical problem to be solved by the present invention, based on the powder metallurgy process technology can not only mass-produce thermoelectric materials compared to the conventional one-way solidification method, etc., thermoelectric materials having improved mechanical properties and excellent thermoelectric performance index (ZT) It is to provide a thermoelectric material manufacturing method and a thermoelectric material produced thereby.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 (a) (i) Bi-Sb-Te계 열전 분말 및 (ii) 탄소나노튜브(carbon nanotue, CNT) 또는 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브를 고에너지 밀링을 통해 복합화하는 단계 및 (b) 상기 단계 (b)에서 얻어진 복합 분말로 소결체를 제조하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a high energy milling of (a) (i) Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder and (ii) carbon nanotubes (carbon nanotue, CNT) or carbon nanotubes having a metal coating layer It proposes a method for producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material comprising the step of complexing through and (b) producing a sintered body from the composite powder obtained in the step (b).

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 Bi-Sb-Te계 열전 분말은 Bi0.5Sb1.5Te2로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, the Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder in step (a) proposes a method of manufacturing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that the Bi 0.5 Sb 1.5 Te 2 .

또한, 상기 단계 (a)에서 상기 금속 코팅층은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, in the step (a), the metal coating layer proposes a method for producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that made of copper (Cu), silver (Ag) or aluminum (Al). .

또한, 상기 단계 (a)에서 얻어지는 복합 분말은 0.1 ~ 5.0 중량%의 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, the composite powder obtained in the step (a) proposes a method for producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that containing 0.1 to 5.0% by weight of carbon nanotubes.

또한, 상기 단계 (a)에서 유성구 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling)을 이용해 고에너지 밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, in the step (a), carbon nanotube-containing Bi-, characterized in that high energy milling is performed using planetary ball milling, attrition milling, or shaker milling. We propose a method of manufacturing Sb-Te-based thermoelectric materials.

또한, 상기 단계 (b)에서 핫프레싱(Hot Pressing, HP), 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 또는 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)으로 소결체를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, in the step (b), the carbon nanotubes are manufactured by hot pressing (Hot Pressing, HP), discharge plasma sintering (Spark Plasma Sintering, SPS) or hot hydrostatic pressing (Hot Isostatic Pressing, HIP). A method for producing a Bi-Sb-Te-based thermoelectric material is proposed.

또한, 상기 단계 (b)에서 350 ~ 500℃의 온도 및 30 ~ 80 MPa의 압력 하에서 소결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법을 제안한다.In addition, the step (b) proposes a method for producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material characterized in that the sintering is carried out at a temperature of 350 ~ 500 ℃ and a pressure of 30 ~ 80 MPa.

그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 제조방법에 의해 제조된 열전재료를 제안한다.In another aspect of the present invention, the present invention proposes a thermoelectric material manufactured by the above method.

본 발명에 따른 열전재료 제조방법에 의하면, 열전재료의 제조를 위해 분말야금공정 기술을 적용해 대량생산이 가능하며, 특히, 기계적 합금화를 통해 금속 코팅층 포함 탄소나노튜브(CNT)를 Bi-Sb-Te계 열전재료에 복합화킴으로써 전기전도도는 증가되는 반면 열전도도 증가는 억제되어 기존 열전재료에 비해 우수한 성능지수(ZT)는 물론 향상된 기계적 물성까지 가지는 열전재료를 제조할 수 있다.According to the method of manufacturing a thermoelectric material according to the present invention, mass production is possible by applying a powder metallurgy process technology for producing a thermoelectric material, and in particular, a carbon nanotube (CNT) including a metal coating layer through mechanical alloying is formed of Bi-Sb- By complexing with Te-based thermoelectric materials, the electrical conductivity is increased while the thermal conductivity is suppressed, and thus thermoelectric materials having excellent ZT and improved mechanical properties can be manufactured.

도 1은 Bi-Sb-Te계 열전 소재 내에 CNT를 첨가해 열전재료를 제조하는 본 발명에 따른 열전재료 제조공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 각각 본원 실시예에서 제조된 BiSbTe 열전 분말(좌측) 및 CNT가 복합화된 BiSbTe 열전 복합분말(우측)의 형상을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 각각 본원 실시예에서 제조된 열전재료 소결체(BST, BST+CNT 및 BST+Cu-CNT)의 제벡 계수 및 전기전도도 측정 결과이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 각각 본원 실시예에서 제조된 열전재료 소결체(BST, BST+CNT 및 BST+Cu-CNT)의 격자 열전도도, 전자 열전도도 및 열전도도 측정 결과이다.
도 5는 본원 실시예에서 제조된 열전재료 소결체(BST, BST+CNT 및 BST+Cu-CNT)의 열전성능지수(ZT)를 비교한 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a thermoelectric material manufacturing process according to the present invention for producing a thermoelectric material by adding CNT in the Bi-Sb-Te-based thermoelectric material.
Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the shape of the BiSbTe thermoelectric powder (left) and CNT-combined BiSbTe thermoelectric composite powder (right), respectively, prepared in Examples of the present application.
3 (a) and 3 (b) are the Seebeck coefficient and electrical conductivity measurement results of the thermoelectric material sintered bodies (BST, BST + CNT and BST + Cu-CNT) prepared in Examples of the present application, respectively.
4 (a) to 4 (c) show lattice thermal conductivity, electron thermal conductivity, and thermal conductivity measurement results of the thermoelectric material sintered bodies (BST, BST + CNT, and BST + Cu-CNT) prepared in Examples of the present application, respectively.
Figure 5 is a graph comparing the thermoelectric performance index (ZT) of the thermoelectric material sintered body (BST, BST + CNT and BST + Cu-CNT) prepared in the present example.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention may be variously modified and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is described, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따라 Bi-Sb-Te계 열전 소재 내에 CNT를 첨가해 열전재료를 제조하는 공정의 일례를 나타낸 모식도로서, 본 발명은 (a) (i) Bi-Sb-Te계 열전 분말 및 (ii) 탄소나노튜브(carbon nanotue, CNT) 또는 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브를 고에너지 밀링을 통해 복합화하는 단계 및 (b) 상기 단계 (b)에서 얻어진 복합 분말로 소결체를 제조하는 단계를 포함해 이루어진다.1 is a schematic diagram showing an example of a process for producing a thermoelectric material by adding CNT in the Bi-Sb-Te-based thermoelectric material according to the present invention, the present invention is (a) (i) Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder And (ii) complexing carbon nanotubes having carbon nanotubes (CNTs) or metal coating layers through high energy milling, and (b) preparing a sintered body from the composite powder obtained in step (b). It is included.

본 발명에 따르면 CNT 첨가에 의한 산란지수를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 열전도도를 획기적으로 낮출수 있다. 또한, CNT에 코팅되는 금속 소재를 통해 캐리어 농도를 제어하여 전기전도도 또한 향상시킬 수 있다. 따라서, 열전 성능에 영향을 미치는 각 인자를 제어함으로써 결과적으로는 제조되는 열전재료의 열전 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively control the scattering index due to the addition of CNT, through which it is possible to significantly lower the thermal conductivity. In addition, the electrical conductivity may also be improved by controlling the carrier concentration through the metal material coated on the CNT. Therefore, by controlling each factor affecting the thermoelectric performance, it is possible to improve the thermoelectric performance of the resulting thermoelectric material.

상기 단계 (a)에서는 유성구 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling) 등의 고에너지 밀링을 통한 기계적 합금화(mechanical alloying)에 의해 Bi-Sb-Te계 열전 분말과 탄소나노튜브(또는 표면에 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브)가 복합화된 복합 분말을 제조한다. In step (a), Bi-Sb-Te is formed by mechanical alloying through high-energy milling such as planetary ball milling, attrition milling, or shaker milling. A composite powder is prepared in which a thermoelectric powder and a carbon nanotube (or a carbon nanotube having a metal coating layer on its surface) are combined.

이때, 상기 Bi-Sb-Te계 열전 분말은 주요 원소인 Bi, Sb, Te 이외에 Pb, Cu, Se 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 공지의 Bi-Sb-Te계 열전 재료에 해당하는 모든 조성 범위 중에서 선택된 분말일 수 있으며, 바람직하게는 Bi0.5Sb1.5Te2로 이루어질 수 있다.In this case, the Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder may further include at least one of Pb, Cu, and Se in addition to Bi, Sb, and Te, which is a main element, but is not limited thereto. It may be a powder selected from all composition ranges corresponding to the material, and may be preferably made of Bi 0.5 Sb 1.5 Te 2 .

참고로, 상기 Bi-Sb-Te계 열전 분말은 밀링 방식, 급속 응고 방식 등으로 제조될 수 있으며, 밀링 방식의 경우 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 주조재를 밀링하거나 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 및 텔루륨(Te)의 각 원소를 밀링하는 방식으로 제조할 수 있다. 또한, 급속 응고 방식은 가스 아토마이징(Gas Atomizing) 등을 이용할 수 있는데, 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 및 텔루륨(Te)을 카본 도가니에 장입한 후, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 고주파 유도 가열을 통해 용해하고, 그 용탕을 오리피스를 통해 아르곤(Ar) 가스를 분사함으로써, 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 열전재료 제조용 합금을 제조할 수 있다.For reference, the Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder may be manufactured by a milling method, a rapid solidification method, etc., and in the case of the milling method, a casting material including bismuth (Bi), antimony (Sb), and tellurium (Te) May be prepared by milling or milling each element of bismuth (Bi), antimony (Sb) and tellurium (Te). In addition, the rapid solidification method may be gas atomizing (Gas Atomizing), such as bismuth (Bi), antimony (Sb) and tellurium (Te) in a carbon crucible, and then in a high-frequency in argon (Ar) gas atmosphere By melting through induction heating and injecting the molten metal through an orifice, argon (Ar) gas may be used to produce an alloy for manufacturing thermoelectric materials including bismuth (Bi), antimony (Sb), and tellurium (Te).

상기 탄소나노튜브(또는 표면에 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브)는 본 단계 (a)에서 얻어지는 복합 분말이 0.1 ~ 5.0 중량%의 탄소나노튜브를 포함하도록 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 함량으로 CNT를 포함시킴으로써 열전재료의 산란지수를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 열전도도를 획기적으로 낮출 수 있다.The carbon nanotubes (or carbon nanotubes having a metal coating layer on the surface) are preferably added so that the composite powder obtained in the step (a) includes 0.1 to 5.0 wt% of carbon nanotubes, and the CNT is used as the content. By including the scattering index of the thermoelectric material can be effectively controlled, through which the thermal conductivity can be significantly lowered.

한편, 상기 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브의 금속 코팅층은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브는 탄소나노튜브와 금속 분말을 볼밀(ball mill), 유성밀(planetary mill), 어트리션밀(attrition mill) 등을 이용한 밀링(milling)을 통해 기계적으로 혼합하는 방법이나 탄소나노튜브와 금속 전구체를 이용한 방법에 의해 제조될 수 있다. 그 중에서, 상기 탄소나노튜브와 금속 전구체를 이용한 방법의 구체적인 예로는, 탄소나노튜브와 금속 전구체의 혼합용액을 제조한 후, 건조, 하소 및 환원공정을 통해 탄소나노튜브-금속 복합체를 형성하는 방법 또는 탄소나노튜브와 금속 전구체의 혼합 용액을 제조한 후, 산화제를 이용한 산화 공정을 수행한 후 환원공정을 거쳐 탄소나노튜브-금속 복합체를 형성하는 방법 등을 들 수 있다.On the other hand, the metal coating layer of the carbon nanotube having the metal coating layer is preferably made of copper (Cu), silver (Ag) or aluminum (Al), the carbon nanotube having the metal coating layer is a carbon nanotube and a metal powder It can be prepared by mechanical mixing through milling using a ball mill, planetary mill, attrition mill, or the like, or by using carbon nanotubes and metal precursors. . Among them, as a specific example of the method using the carbon nanotubes and the metal precursor, after preparing a mixed solution of carbon nanotubes and the metal precursor, a method of forming a carbon nanotube-metal composite through drying, calcining and reduction process Alternatively, a method of preparing a mixed solution of carbon nanotubes and a metal precursor, followed by an oxidation process using an oxidizing agent, and then forming a carbon nanotube-metal composite through a reduction process may be used.

다음으로, 상기 단계 (b)에서는 전 단계에서 얻어진 Bi-Sb-Te계 합금 - CNT(또는 금속 코팅층 포함 CNT) 복합 분말을 이용해 소결체를 제조한다.Next, in the step (b) to prepare a sintered body using the Bi-Sb-Te-based alloy-CNT (or CNT including a metal coating layer) composite powder obtained in the previous step.

본 단계의 소결체 제조는 가압 소결 방식에 의해 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들면, 핫프레싱(Hot Pressing, HP), 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 또는 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)으로 소결체를 제조할 수 있다.It is preferable that the sintered body is manufactured by pressure sintering, for example, hot pressing (HP), spark plasma sintering (SPS) or hot hydrostatic pressing (HIP). A sintered compact can be manufactured by this.

상기와 같이 본 단계에서 가압 소결 공정을 실시할 경우에는 350 ~ 500 ℃의 온도 및 30 ~ 80 MPa의 압력 하에서 소결을 수행하는 것이 바람직하다.When performing the pressure sintering process in this step as described above it is preferable to perform the sintering at a temperature of 350 ~ 500 ℃ and a pressure of 30 ~ 80 MPa.

본 단계의 구체적인 일례로서, 방전 플라즈마 소결을 통한 Bi-Sb-Te계 합금 - CNT(또는 금속 코팅층 포함 CNT) 복합 열전재료 제조 공정에 대해 아래와 같이 설명한다.As a specific example of this step, a Bi-Sb-Te alloy-CNT (or CNT including metal coating layer) composite thermoelectric material manufacturing process through discharge plasma sintering will be described below.

방전 플라즈마 소결 공정은 분말을 몰드에 충진하고, 방전 플라즈마 소결 장치의 진공 챔버에 장착하여 분말에 압력과 직류펄스를 인가하여 원하는 형태의 크기로 소결시키는 공정으로, 플라즈마 방전에 의해 순식간에 발생하는 15000K 이상의 순간적인 고 에너지로 인하여 합금분말 표면이 용융하여 분말이 산화하지 않고 소결되어 의해 효과적으로 분말 입자의 성장을 제어하면서 단시간에 소결을 진행하여 미세조직을 유지할 수 있는 장점이 있다.The discharge plasma sintering process is a process in which a powder is filled into a mold, mounted in a vacuum chamber of a discharge plasma sintering apparatus, and sintered to a desired size by applying pressure and a direct current pulse to the powder. Due to the above instantaneous high energy, the surface of the alloy powder is melted and the powder is sintered without oxidation, thereby effectively controlling the growth of the powder particles, thereby sintering in a short time to maintain the microstructure.

방전 플라즈마 소결 공정을 통해 Bi-Sb-Te계 합금 - CNT(또는 금속 코팅층 포함 CNT) 복합 열전재료 소결체를 제조하기 위하여 직경 15 ~ 25 φ, 두께 5 ~ 7 mm의 원통형 금형을 준비한 후에, 금형 내부에 상기 제조된 Bi-Sb-Te계 합금 - CNT 복합분말 또는 Bi-Sb-Te계 합금 - 금속 코팅층 포함 CNT 복합분말을 충진하고, 상기 금형을 방전 플라즈마 소결 장치의 챔버 내에 장착하고, 감압 후 가압하면서 직류펄스 발진기(Pulsed DC Generator)를 이용하여 직류펄스를 인가한다.In order to manufacture a Bi-Sb-Te alloy-CNT (or CNT with a metal coating layer) composite thermoelectric material through a discharge plasma sintering process, a cylindrical mold having a diameter of 15 to 25 φ and a thickness of 5 to 7 mm was prepared. The Bi-Sb-Te-based alloy-CNT composite powder or Bi-Sb-Te-based alloy-CNT composite powder containing a metal coating layer is filled in the above, and the mold is mounted in a chamber of a discharge plasma sintering apparatus, and the pressure is reduced and then pressurized. While applying a DC pulse using a pulsed DC generator.

이때, 챔버 내에 존재하는 산화가스를 제거하기 위해 10-3 torr 이하로 감압할 수 있고, 직류펄스는 0.1 ~ 2000 A 범위로 인가할 수 있다.At this time, to remove the oxidizing gas existing in the chamber can be reduced to less than 10 -3 torr, the DC pulse can be applied in the range of 0.1 ~ 2000A.

이어서, 금형에 충진된 복합 열전재료 분말을 상부와 하부에 펀치(punch)를 이용하여 30 ~ 80 MPa의 압력으로 1축 압축을 실시하는데, 이는 가압 압력이 30 MPa 미만인 경우에는 압력이 낮아 고밀도의 소결체를 제조하기 어렵고 80 MPa를 초과하는 경우에는 소결 공정이 완료된 후의 소결체에 균열이 발생할 수 있기 때문이다.Subsequently, the composite thermoelectric material powder filled in the mold is uniaxially compressed at a pressure of 30 to 80 MPa by using a punch at the top and the bottom thereof. If the sintered compact is difficult to produce and exceeds 80 MPa, cracks may occur in the sintered compact after the sintering process is completed.

또한, 소결온도 및 소결시간과 관련해, 35 ~ 45 ℃/min의 승온속도로 350 ~ 500 ℃에서 10 ~ 1800초 동안 소결을 실시할 수 있는데, 이는 350 ℃ 보다 낮은 온도에서는 분말 입자들의 표면에서 소결이 일어나지 않아 소결되지 않은 부분이 발생되어 소결체의 강도가 낮음에 따라 소결체가 부스러지며 500 ℃ 보다 높은 온도에서는 재결정에 의한 입자 성장이 발생하여 소결체를 구성하는 결정립의 미세화를 이루기 어렵기 때문이다.In addition, with respect to the sintering temperature and the sintering time, the sintering may be performed at 350 to 500 ° C. for 10 to 1800 seconds at a heating rate of 35 to 45 ° C./min, which is sintered at the surface of the powder particles at a temperature lower than 350 ° C. This is because the unsintered portion is not generated and the sintered compact is crushed as the strength of the sintered compact is low, and grain growth due to recrystallization occurs at a temperature higher than 500 ° C., making it difficult to refine the grains constituting the sintered compact.

상기와 같이 방전 플라즈마 소결을 통해 제조된 소결체는 밀도 증가 및 결정립 성장 억제에 의해 미세 결정립을 가지며, 그에 따라 경도 등 기계적 특성이 우수함과 동시에 포논 산란에 의한 열전도도 감소로 열전성능이 향상된다.The sintered body manufactured through discharge plasma sintering as described above has fine grains by increasing density and suppressing grain growth, thereby improving thermoelectric performance by excellent mechanical properties such as hardness and reducing thermal conductivity by phonon scattering.

상술한 본 발명에 따른 CNT 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법에 의하면, 열전재료의 제조를 위해 분말야금공정 기술인 고에너지 밀링에 의한 기계적 합금화 공정을 적용해 대량생산이 가능하며, 특히, 기계적 합금화를 통해 금속 코팅층 포함 탄소나노튜브(CNT)를 Bi-Sb-Te계 열전재료에 복합화킴으로써 전기전도도는 증가되는 반면 열전도도 증가는 억제되어 기존 열전재료에 비해 우수한 성능지수(ZT)는 물론 향상된 기계적 물성까지 가지는 열전재료를 제조할 수 있다.According to the manufacturing method of the CNT-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material according to the present invention described above, mass production is possible by applying a mechanical alloying process by high energy milling, which is a powder metallurgy process technology, for the production of the thermoelectric material. By incorporating carbon nanotubes (CNT) with metal coating layers into Bi-Sb-Te thermoelectric materials through mechanical alloying, the electrical conductivity is increased while the thermal conductivity is suppressed, which is superior to the existing thermoelectric materials. Of course, it is possible to manufacture a thermoelectric material having improved mechanical properties.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Embodiments according to the present disclosure may be modified in many different forms, and the scope of the present disclosure is not to be construed as limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.

<실시예><Example>

비스무스(Bi) 467.9 g과 안티몬(Sb) 818.06 g 및 텔루륨(Te) 1774.03 g을 칭량하여 흑연 도가니에 넣고 5×10-3 torr의 압력과 750 ℃의 온도에서 고주파 유도용해를 하였다.467.9 g of bismuth (Bi), 818.06 g of antimony (Sb), and 1774.03 g of tellurium (Te) were weighed into a graphite crucible and subjected to high frequency induction melting at a pressure of 5 × 10 −3 torr and a temperature of 750 ° C.

소재의 온도가 750 ℃에 도달하면 용융된 합금 용탕을 직경 5 mm의 오리피스를 통해 자유 낙하시키며, 분사노즐을 통해 분사되는 고압의 아르곤 가스와 자유 낙하하는 용탕이 분무 충돌되면서 액상의 흐름이 순간적으로 파괴되어 급속으로 응고되어 미세한 Bi-Sb-Te 합금분말이 제조되었다.When the temperature of the material reaches 750 ℃, the molten alloy molten metal freely falls through an orifice of 5 mm in diameter, and the high-pressure argon gas injected through the spray nozzle and the free-falling molten metal spray impinge upon the flow of liquid. Fractured and solidified rapidly to produce a fine Bi-Sb-Te alloy powder.

상기와 같이 제조된 Bi-Sb-Te 합금분말에 CNT 또는 구리 코팅층 포함 CNT(Cu-CNT)를 첨가한 뒤 밀링공정을 이용하여 균일하게 분산된 BiSbTe/CNT 복합분말 및 BiSbTe/Cu-CNT 복합분말을 제조하였다. 복합분말 제조시 CNT의 함량은 복합분말 전체 중량 대비 2 wt%로 하여 진행하였으며, 혼합공정은 불활성 분위기(Ar)에서 제조하였다. 본 공정에서 사용된 용기와 볼의 재질은 ZrO2, 볼과 분말의 비율은 10 : 1로 설정하였다. 분말 장입이 완료된 후 고에너지 밀링을 진행하였으며, 이때 밀링속도는 1100RPM, 밀링 시간은 20분으로 설정하였다.BiSbTe / CNT composite powder and BiSbTe / Cu-CNT composite powder uniformly dispersed using a milling process after adding CNT or CNT (Cu-CNT) including a copper coating layer to the Bi-Sb-Te alloy powder prepared as described above Was prepared. When preparing the composite powder, the content of CNT was 2 wt% based on the total weight of the composite powder, and the mixing process was prepared in an inert atmosphere (Ar). The material of the container and the ball used in this process was set to ZrO 2 , and the ratio of the ball and the powder was set to 10: 1. After the charging of the powder was completed, high-energy milling was performed. At this time, the milling speed was set to 1100 RPM and the milling time was set to 20 minutes.

도 2는 BiSbTe 열전 분말(좌측 사진) 및 CNT가 복합화된 BiSbTe 열전 복합분말(우측 사진)의 형상을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 이를 참조하면 표면이 깨끗한 BiSbTe 분말에 비해 BiSbTe+CNT 복합분말의 표면에서는 CNT가 분산되어 있음을 확인할 수 있다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing the shape of BiSbTe thermoelectric powder (left photograph) and BiSbTe thermoelectric composite powder (right photograph) in which CNTs are combined. Referring to this, BiSbTe + CNT composite is compared with BiSbTe powder having a clean surface. It can be seen that CNTs are dispersed on the surface of the powder.

상기와 같이 얻어진 (i)Bi-Sb-Te 합금분말, (ii)Bi-Sb-Te 합금분말과 CNT의 복합분말 및 (iii)Bi-Sb-Te 합금분말과 Cu-CNT의 복합분말 각각을 직경 20 φ, 두께 6 mm의 원통형 금형에 충진하고 10-3 torr의 진공분위기에서 50 Mpa의 압력을 유지하고, 승온속도 40 ℃/min로 최종온도 400 ℃에 도달하는 10분 동안 가열하였다. 400 ℃에 도달하면 50 MPa의 압력을 유지하면서 5분 동안 노(furnace) 내에서 냉각하여 직경 20 φ, 두께 6 mm의 소결체(Bi-Sb-Te 합금분말으로부터 제조된 소결체(BST), Bi-Sb-Te 합금분말과 CNT의 복합분말로부터 제조된 소결체(BST+CNT) 및 Bi-Sb-Te 합금분말과 Cu-CNT의 복합분말로부터 제조된 소결체(BST+Cu-CNT))를 제조하였다.(I) Bi-Sb-Te alloy powder obtained as described above, (ii) composite powder of Bi-Sb-Te alloy powder and CNT, and (iii) composite powder of Bi-Sb-Te alloy powder and Cu-CNT, respectively. A cylindrical mold having a diameter of 20 φ and a thickness of 6 mm was filled and maintained at a pressure of 50 Mpa in a vacuum atmosphere of 10 −3 torr, and heated at a heating rate of 40 ° C./min for 10 minutes to reach a final temperature of 400 ° C. When the temperature reaches 400 ° C., it is cooled in a furnace for 5 minutes while maintaining a pressure of 50 MPa, and a sintered body having a diameter of 20 φ and a thickness of 6 mm (sintered body (BST) manufactured by Bi-Sb-Te alloy powder, Bi- A sintered body (BST + CNT) made from a composite powder of Sb-Te alloy powder and CNT and a sintered body (BST + Cu-CNT) made from a composite powder of Bi-Sb-Te alloy powder and Cu-CNT) was prepared.

아래 표는 상기 소결체 각각의 밀도 및 경도 측정 결과로서, 소결체의 밀도는 CNT 첨가에 따라 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 CNT의 낮은 밀도와 저하된 성형성에 의한 내부 미세기공 발생에 따른 영향으로 판단되며, 소결체의 경도는 CNT를 첨가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.The following table shows the density and hardness of each of the sintered bodies, and the density of the sintered bodies showed a tendency to decrease with the addition of CNT, which is judged to be due to the generation of internal micropores due to the low density of CNTs and reduced moldability. , The hardness of the sintered body showed a tendency to increase with the addition of CNTs.

Figure pat00003
Figure pat00003

도 3은 CNT 첨가에 따른 Bi-Sb-Te계 열전소재의 전기적 특성 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the results of measuring the change in electrical properties of Bi-Sb-Te-based thermoelectric material according to the addition of CNTs.

도 3(a)는 각 소결체별 제벡계수 측정결과이며, 이를 참조하면 BiSbTe와 BiSbTe+CNT의 제벡계수는 350 ~ 400K까지 증가하다가 이후 감소하는 경향을 보이는데 반해, BiSbTe+Cu-CNT는 온도가 증가함에 따라 500K까지 증가하였다. 따라서, 상온에서는 BST+Cu-CNT가 낮은 제벡계수를 가졌으나, 450K 이상에서는 BiSbTe+Cu-CNT 소결체의 제벡계수가 BiSbTe 소재보다 더 높아지는 것을 확인할 수 있었다. Figure 3 (a) is the Seebeck coefficient measurement results for each sintered body, referring to this, the Seebeck coefficient of BiSbTe and BiSbTe + CNT increases up to 350 ~ 400K and then decreases, whereas BiSbTe + Cu-CNT increases in temperature As it increased to 500K. Therefore, BST + Cu-CNT had a low Seebeck coefficient at room temperature, but it was confirmed that the Seebeck coefficient of the BiSbTe + Cu-CNT sintered body was higher than that of the BiSbTe material at 450K or higher.

또한, 도 3(b)는 상기 열전 소결체의 전기전도도 측정 결과로서 전체적으로 온도가 증가함에 따라 감소하는 일반적인 경향을 나타내며, 특히 BiSbTe에 CNT를 첨가할 경우 전기전도도가 낮아지는 반면 Cu-CNT를 첨가한 소재에서는 기존 BiSbTe 소결체보다 약 2배, BiSbTe+CNT 소재보다는 약 3배 가량 증가한 경향을 나타내었다.In addition, Figure 3 (b) shows a general tendency to decrease as the temperature increases as a result of the electrical conductivity of the thermoelectric sintered body, in particular, when CNT is added to BiSbTe, the electrical conductivity is lowered, but Cu-CNT is added In the material, it showed an increase of about 2 times that of the existing BiSbTe sintered body and about 3 times that of the BiSbTe + CNT material.

상기 도 3에 따른 결과를 바탕으로 출력인자(

Figure pat00004
)를 계산했을 때 BiSbTe+Cu-CNT의 물성은 고온영역으로 감에 따라 다른 소재보다 상대적으로 우수할 것으로 판단된다.Based on the result according to FIG.
Figure pat00004
), The properties of BiSbTe + Cu-CNT are considered to be superior to other materials as it moves to high temperature range.

도 4(a)는 각 소결체별 격자 열전도도 측정 결과로서 그에 의하면 CNT 첨가에 따라 격자 열전도도가 감소하였으며, 특히 Cu-CNT를 첨가한 소재에는 CNT 첨가된 열전 소재 대비 2배 이상 감소하는 경향을 나타내었다.4 (a) shows the results of measurement of lattice thermal conductivity of each sintered body, which shows that lattice thermal conductivity was decreased according to the addition of CNT, and in particular, the material added with Cu-CNT decreased more than twice as much as the thermoelectric material added with CNT. Indicated.

반면, 도 4(b)에 도시된 전자 열전도도 측정 결과의 경우, 전기전도도에 의존하는 값을 가지며, 이로부터 BST+Cu-CNT는 Cu-CNT 첨가에 따른 높은 전기전도도 값에 의해 가장 높은 전자 열전도도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, in the case of the electronic thermal conductivity measurement results shown in Figure 4 (b), it has a value depending on the electrical conductivity, from which BST + Cu-CNT is the highest electron due to the high electrical conductivity value due to the addition of Cu-CNT It was confirmed that it had thermal conductivity.

도 4(c)는 각 소결체별 열전도도 측정 결과를 나타낸 것으로, 열전도도는 격자열전도도(a)와 전자열전도도(b)의 합으로 나타낼 수 있는데, BST+CNT의 열전도도는 CNT 미첨가한 소재(BST)에 비해 약 25% 감소하였으며, 온도 의존성은 온도가 증가함에 따라 열전도도가 증가하는 동일한 경향을 보였다. BST+Cu-CNT의 경우, 상온에서는 높은 전자 열전도도와 낮은 격자열전도도로 인해 기존 미첨가한 시료와 열전도도가 비슷했지만, 온도가 증가함에 따라 낮은 격자열전도도로 인해 변함 없이 거의 일정한 값을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 이에 고온 영역에서는 다른 소재에 비해 열전도도 값이 낮아졌다.Figure 4 (c) shows the results of the thermal conductivity of each sintered body, the thermal conductivity can be represented by the sum of the lattice thermal conductivity (a) and the electron thermal conductivity (b), the thermal conductivity of BST + CNT is not added CNT The temperature dependence was about 25% lower than that of one material (BST), and the temperature dependence showed the same tendency of increasing the thermal conductivity with increasing temperature. In the case of BST + Cu-CNT, the thermal conductivity was similar to that of the unadded sample due to the high electron thermal conductivity and the low lattice thermal conductivity at room temperature, but as the temperature increases, the BST + Cu-CNT has a constant value almost unchanged due to the low lattice thermal conductivity. In the high temperature region, the thermal conductivity is lower than that of other materials.

도 5는 본원 실시예에서 제조된 열전재료 소결체(BST, BST+CNT 및 BST+Cu-CNT)의 열전성능지수(ZT) 비교 결과로서, 도 5를 참조하면 CNT를 첨가함에 따라 상온(300K)에서는 열전성능이 감소하였으며, BiSbTe+CNT는 낮은 열전도도에도 불구하고, 감소한 제벡계수와 전기전도도로 인해 열전성능이 CNT 미첨가한 소결체에 비해 낮은 성능을 나타냈다.5 is a comparison result of the thermoelectric performance index (ZT) of the thermoelectric material sintered bodies (BST, BST + CNT and BST + Cu-CNT) prepared in the Examples of the present application. Referring to FIG. 5, at room temperature (300K) Thermal conductivity was decreased at, and BiSbTe + CNT showed lower performance than that of sintered body without CNT due to the reduced Seebeck coefficient and electrical conductivity.

반면, BiSbTe+CNT의 경우 300K에서 기존 소재보다 낮은 물성을 가지나, 온도가 증가함에 따라 높은 전기전도도 및 낮은 열전도도로 인해 450K에서 약 1.1의 ZT값을 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 BiSbTe 소재의 최고 물성 대비 약 20%정도 향상된 값에 해당된다.On the other hand, BiSbTe + CNT has lower physical properties than the conventional materials at 300K, but as the temperature increases, the ZS value of about 1.1 is obtained at 450K due to the high electrical conductivity and low thermal conductivity, which is the highest physical properties of BiSbTe material. This is equivalent to about 20% improvement.

따라서, Cu-CNT를 첨가할 경우, 전기전도도는 증가시키면서 열전도도 증가는 억제시켜 효율적으로 열전 성능을 높일 수 있음을 확인하였다.Therefore, when Cu-CNT is added, it is confirmed that the thermal conductivity can be effectively increased by suppressing the increase in thermal conductivity while increasing the electrical conductivity.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (8)

(a) (i) Bi-Sb-Te계 열전 분말 및 (ii) 탄소나노튜브(carbon nanotue, CNT) 또는 금속 코팅층을 가지는 탄소나노튜브를 고에너지 밀링을 통해 복합화하는 단계; 및
(b) 상기 단계 (b)에서 얻어진 복합 분말로 소결체를 제조하는 단계;를 포함하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
(a) complexing (i) Bi-Sb-Te-based thermoelectric powders and (ii) carbon nanotubes having carbon nanotubes (CNTs) or metal coating layers through high energy milling; And
(b) manufacturing a sintered body from the composite powder obtained in step (b); and a method for producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 상기 Bi-Sb-Te계 열전 분말은 Bi0.5Sb1.5Te2로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (a), the Bi-Sb-Te-based thermoelectric powder is Bi 0.5 Sb 1.5 Te 2 , characterized in that the carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 상기 금속 코팅층은 구리(Cu), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step (a), the metal coating layer is a method of producing a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that made of copper (Cu), silver (Ag) or aluminum (Al).
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 얻어지는 복합 분말은 0.1 ~ 5.0 중량%의 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The composite powder obtained in the step (a) is a carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that containing 0.1 to 5.0% by weight of carbon nanotubes.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)에서 유성구 볼밀링(planetary ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 또는 쉐이커 밀링(shaker milling)을 이용해 고에너지 밀링을 수행하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
Carbon nanotube-containing Bi-Sb- characterized in that high energy milling is performed using planetary ball milling, attrition milling or shaker milling in step (a). Te-based thermoelectric material manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 핫프레싱(Hot Pressing, HP), 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 또는 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing, HIP)으로 소결체를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
Carbon nanotube-containing Bi, characterized in that the sintered body is prepared by hot pressing (Hot Pressing, HP), discharge plasma sintering (SPS) or hot isostatic pressing (HIP) in step (b) -Sb-Te based thermoelectric material manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 350 ~ 500℃의 온도 및 30 ~ 80 MPa의 압력 하에서 소결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료의 제조방법.
The method of claim 1,
The carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material, characterized in that the sintering is carried out at a temperature of 350 ~ 500 ℃ and pressure of 30 ~ 80 MPa in the step (b).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 탄소나노튜브 함유 Bi-Sb-Te계 열전재료.A carbon nanotube-containing Bi-Sb-Te-based thermoelectric material produced by the method according to any one of claims 1 to 7.
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