KR20220052495A - Method for manufacturing thermoelectric material having porous structure - Google Patents

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Abstract

The manufacturing method of a thermoelectric material comprises the following steps of: forming composite powder in which heterogeneous material particles are dispersed in a thermoelectric material by mixing and pressing the thermoelectric powder and a heterogeneous material having a dissolution property different from that of the thermoelectric powder; forming porous thermoelectric powder by selectively dissolving and removing the heterogeneous material particles of the composite powder; and sintering the thermoelectric powder to obtain a sintered body of a porous structure.

Description

다공성 구조를 갖는 열전 소재의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THERMOELECTRIC MATERIAL HAVING POROUS STRUCTURE}Method for manufacturing a thermoelectric material having a porous structure

본 발명은 열전 소재에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 다공성 구조를 갖는 열전 소재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric material, and more particularly, to a method of manufacturing a thermoelectric material having a porous structure.

열전 발전 및 냉각 기술은 각각 재료의 양단에 온도를 서로 달리 인가하였을 때 전력이 발생하는 제벡효과(Seebeck effects)와 역으로 재료 양단에 전계 인가에 따라 흡열 및 발열이 일어나는 펠티어 효과 (Peltier effects)를 이용한다. 열전 소재를 이용하여 제작되는 열전 소자는 단순한 구조, 장기안정성, 빠른 발전 및 냉각을 가지는 장점이 있다. Thermoelectric power generation and cooling technology has the Seebeck effect, which generates power when different temperatures are applied to both ends of the material, and the Peltier effect, where heat is absorbed and generated by the application of an electric field to both ends of the material. use it A thermoelectric element manufactured using a thermoelectric material has advantages of simple structure, long-term stability, rapid power generation and cooling.

이러한 장점으로 열전 기술은 소형 냉장고, 칠러, 전자부품의 온도제어등에 널리 활용되고 있다. 열전 반도체 재료 양단의 온도차를 이용하는 열전 발전기술은 자동차, 산업시설, 선박등에서 버려지는 폐열을 활용하여 유효한 전기에너지로 변환하는 기술로 점차 산업적 응용이 활발히 일어나고 있다. 이 외에, 열전 발전 기술은 열원이 있는 곳에서 IoT 센서 등 미세소자 구동을 위한 독립 전력원등으로도 널리 활용이 가능하다.Due to these advantages, thermoelectric technology is widely used for temperature control of small refrigerators, chillers, and electronic components. Thermoelectric power generation technology using the temperature difference between both ends of a thermoelectric semiconductor material is a technology that converts waste heat discarded from automobiles, industrial facilities, ships, etc. into effective electrical energy. In addition, thermoelectric power generation technology can be widely used as an independent power source for driving micro devices such as IoT sensors where there is a heat source.

상기 열전 소자의 냉각능이나, 발전성능은 소자를 구성하고 있는 열전 소재 자체의 열전성능지수에 크게 의존하게 된다. 전술한 바와 같이 열전 소재의 성능은 소재의 열전도도, 전기전도도에 크게 의존하게 되며, 이 두가지 인자의 물리적 변수는 상호 종속적이다. The cooling ability or power generation performance of the thermoelectric element is greatly dependent on the thermoelectric performance index of the thermoelectric material itself constituting the element. As described above, the performance of a thermoelectric material largely depends on the thermal and electrical conductivity of the material, and the physical variables of these two factors are mutually dependent.

현재까지 보고된 소재의 열전 성능을 향상시키는 기술들은 대부분 열전재료의 전기전도도를 크게 저하시키지 않는 범위에서 열전도도를 감소시키는 기술에 기반 하고 있다. 즉 열전 소재의 나노 파우더화, 인위적인 미세 석출물, 전위등의 형성을 통하여 열전도도를 담당하는 포논의 산란을 유발함으로 궁극적으로는 열전도도를 감소시키고 있다. 상기 포논 산란을 위한 인위적인 계면 및 석출물들은 열전 소재를 소결체로 제조 하는 과정에서 쉽게 사라지거나, 고온의 동작 환경에서도 안정적으로 유지되지 않는 단점이 있다. 또한, 열전도도 제어를 위하여 인위적인 석출물등을 첨가 할 경우 재료내의 불순물로 존재하여, 전기전도도를 감소시키거나, 계면에서 국부적인 조성 변화등을 야기하며, 열전 소재의 다른 물성의 저하를 가져올 수 있다. Most of the techniques to improve the thermoelectric performance of materials reported so far are based on techniques that reduce the thermal conductivity in a range that does not significantly decrease the electrical conductivity of the thermoelectric material. In other words, by inducing scattering of phonons in charge of thermal conductivity through nanopowdering of thermoelectric materials, artificial fine precipitates, and formation of dislocations, the thermal conductivity is ultimately reduced. The artificial interfaces and precipitates for phonon scattering are disadvantageous in that they disappear easily in the process of manufacturing the thermoelectric material into a sintered body, or are not stably maintained even in a high-temperature operating environment. In addition, when artificial precipitates are added to control thermal conductivity, they exist as impurities in the material, reducing electrical conductivity, causing local composition changes at the interface, etc., and may lead to deterioration of other properties of the thermoelectric material .

소재 내에 기공을 형성시켜 열전 소재의 성능을 향상 시키고자 하는 연구 결과 또한 널리 알려져 있다. 공기는 열전도도가 상온에서 0.025 Wm-1K-1로 통상적인 고상의 열전 소재에 비하여 매우 낮아, 이를 재료 내에 균일하게 형성 시킬 경우 전체 소재의 열전도도를 효과적으로 낮출 수 있다. 또한, 기공의 크기를 조절 할 경우 선택적인 파장의 포논 제어가 가능하며, 전기전도도의 큰 감소 없이 열전도도의 저하를 가져올 수 있어 궁극적으로는 소재의 열전성능지수를 향상 시킬 수 있는 방법이 될 수 있다. 또한, 기공이 함유된 열전 소재로 제작된 열전 발전 소자는 낮은 열전도도로 인하여 저온부와 고온부의 온도차를 유지하는데 용이하게 활용 될 수 있다. Research results to improve the performance of thermoelectric materials by forming pores in the material are also widely known. Air has a thermal conductivity of 0.025 Wm -1 K -1 at room temperature, which is very low compared to conventional solid thermoelectric materials. In addition, when the pore size is adjusted, selective wavelength phonon control is possible, and thermal conductivity can be decreased without a significant decrease in electrical conductivity, which can ultimately be a method to improve the thermoelectric performance index of the material. there is. In addition, the thermoelectric power generation device made of a thermoelectric material containing pores can be easily utilized to maintain the temperature difference between the low temperature part and the high temperature part due to low thermal conductivity.

상기 기술과 관련하여 대한민국 공개특허 10-1983626 에서는 3차원 네트워크 형상을 가지는 다공성 열전 소재를 제작 하였다. 인용기술에서는 먼저 3차원 절연부 구조체를 형성하고 여기에 열전 소재를 충진 시키는 방법으로 미세 기공의 크기 제어 및 열전 소재를 충진하여야 하는 공정상의 어려움이 따른다. In relation to the above technology, Korean Patent Laid-Open No. 10-1983626 discloses a porous thermoelectric material having a three-dimensional network shape. In the cited technology, a method of forming a three-dimensional insulating structure first and then filling it with a thermoelectric material is accompanied by difficulties in the process of controlling the size of micropores and filling the thermoelectric material.

미국 아이오와 주립대 Biao Xu 연구 그룹에서는 속이 빈 형태의 나노 열전 와이어를 합성 하여 기공율이 ~ 30 % 근방으로 형성된 열전 소재 합성에 성공하였다. [Biao Xu et al, Angewandte Chemie International Edition, 56, 13, 3546 (2017)]. 위 연구진들은 큰 기공율을 기반으로 낮은 열전도도 구현을 하였으며 최대성능지수 1.1을 450 K 근방에서 달성하였다. 본 인용기술은 속이 빈 형태의 나노 와이어 구조를 만들기 위한 제조 방법이 복잡하다는 단점이 있다. The Biao Xu research group at Iowa State University in the United States succeeded in synthesizing a thermoelectric material with a porosity of ~30% by synthesizing a hollow nano thermoelectric wire. [Biao Xu et al, Angewandte Chemie International Edition, 56, 13, 3546 (2017)]. The above researchers realized low thermal conductivity based on a large porosity and achieved a maximum figure of merit of 1.1 around 450 K. The cited technology has a disadvantage in that a manufacturing method for making a hollow nanowire structure is complicated.

미국 노스웨스턴 주립대학교 G. Jeff Snyder 그룹에서는 원심 분리 장치를 이용하여, 기공이 형성된 열전재료를 제조 하였다.[G. Jeff Snyde et al., Advanced Materials 30, 34, 1802016 (2018)] 본 인용 방법으로 제조된 열전재료는 상온 근방에서 최대 성능지수 1.2를 얻었으며, 기존 재료 대비 50 % 정도 낮은 격자 열전도도를 보여주고 있다. 이 방법은 특별한 가열로가 설치된 원심 분리기가 필요하며, 재료의 상부와 하부의 기공율이 서로 달라, 동일 소재 내에서 열전 성능의 불균일성으로 인한 문제가 발생할 수 있다.[G. Jeff Snyde et al., Advanced Materials 30, 34, 1802016 (2018)] The thermoelectric material manufactured by this citation method obtained the maximum figure of merit 1.2 near room temperature, and showed lattice thermal conductivity 50% lower than that of conventional materials. there is. This method requires a centrifugal separator equipped with a special heating furnace, and since the porosity of the upper and lower portions of the material is different, a problem may occur due to non-uniformity of thermoelectric performance within the same material.

특허문헌 1: 대한민국등록특허 제10-1983626호Patent Document 1: Republic of Korea Patent No. 10-1983626

1. G. Jeff Snyder, et al. "Melt-Centrifuged (Bi,Sb)2Te3: Engineering Microstructure toward High Thermoelectric Efficiency." Advanced Materials, 30, 34, 1802016 (2018).1. G. Jeff Snyder, et al. "Melt-Centrifuged (Bi,Sb)2Te3: Engineering Microstructure toward High Thermoelectric Efficiency." Advanced Materials, 30, 34, 1802016 (2018). 2. Biao Xu, et al. "Highly Porous Thermoelectric Nanocomposites with Low Thermal Conductivity and High Figure of Merit from Large-Scale Solution-Synthesized Bi2Te2.5Se0.5 Hollow Nanostructures." Angewandte Chemie International Edition, 56, 13, 3546 (2017).2. Biao Xu, et al. "Highly Porous Thermoelectric Nanocomposites with Low Thermal Conductivity and High Figure of Merit from Large-Scale Solution-Synthesized Bi2Te2.5Se0.5 Hollow Nanostructures." Angewandte Chemie International Edition, 56, 13, 3546 (2017).

본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 기공을 형성하여 낮은 열전도도와 높은 열전 성능을 가지는 다공성 열전 소재를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a method for efficiently manufacturing a porous thermoelectric material having low thermal conductivity and high thermoelectric performance by forming pores.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 열전 소재의 제조 방법은, 열전 파우더 및 상기 열전 파우더와 다른 용해 특성을 갖는 이종 물질을 혼합 및 가압하여 열전 물질 내에 이종 물질 입자가 분산된 복합체 파우더를 형성하는 단계, 상기 복합체 파우더의 이종 물질 입자를 선택적으로 용해하여 제거하여 다공성 열전 파우더를 형성하는 단계 및 상기 열전 파우더를 소결하여 다공성 구조의 소결체를 얻는 단계를 포함한다.In a method for manufacturing a thermoelectric material according to an embodiment for realizing the object of the present invention, a composite in which particles of a different material are dispersed in a thermoelectric material by mixing and pressurizing a thermoelectric powder and a heterogeneous material having a dissolution property different from the thermoelectric powder Forming a powder, selectively dissolving and removing the heterogeneous material particles of the composite powder to form a porous thermoelectric powder, and sintering the thermoelectric powder to obtain a sintered body having a porous structure.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 파우더는 칼코게나이드계, 안티모나이드계, 실리사이드계 및 하프호이슬러계 열전 물질 중 적어도 하나를 포함한다.According to an embodiment, the thermoelectric powder includes at least one of a chalcogenide-based, antimonide-based, silicide-based, and Haf-Heusler-based thermoelectric material.

일 실시예에 따르면, 상기 이종 물질은 금속염을 포함한다.According to an embodiment, the heterogeneous material includes a metal salt.

일 실시예에 따르면, 상기 이종 물질은 할로겐화 금속을 포함한다.According to an embodiment, the heterogeneous material includes a metal halide.

일 실시예에 따르면, 상기 이종 물질은 염화칼륨, 염화칼슘 및 염화나트륨 중 적어도 하나를 포함한다.According to an embodiment, the heterogeneous material includes at least one of potassium chloride, calcium chloride, and sodium chloride.

일 실시예에 따르면, 상기 이종 물질을 선택적으로 용해하기 위한 용매는 극성 용매 또는 비극성 용매를 포함한다.According to an embodiment, the solvent for selectively dissolving the heterogeneous material includes a polar solvent or a non-polar solvent.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 파우더를 소결하는 단계는, 스파크 플라즈마 소결, 핫 프레싱 또는 압출을 수행한다.According to an embodiment, the sintering of the thermoelectric powder may include spark plasma sintering, hot pressing, or extrusion.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 소재의 기공율은 10% 이하이다.According to an embodiment, the porosity of the thermoelectric material is 10% or less.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 소재의 기공 크기는 0.5㎛ 이하이다.According to an embodiment, the pore size of the thermoelectric material is 0.5 μm or less.

본 발명의 실시예들에 따르면, 낮은 열전도도와 높은 열전 성능을 가지는 다공성 열전 소재를 제조할 수 있으며, 열전 소재의 기공율 및 기공 크기 제어가 용이하다.According to embodiments of the present invention, it is possible to manufacture a porous thermoelectric material having low thermal conductivity and high thermoelectric performance, and it is easy to control the porosity and pore size of the thermoelectric material.

상기에 따라 제조된 열전 소재는 기공 계면에서 발생하는 포논 산란 효과와 기공 자체의 낮은 열전도도로 인하여 전체적으로 낮은 열전도도를 가지게 된다. 따라서, 열전성능지수가 향상 된다.The thermoelectric material manufactured as described above has overall low thermal conductivity due to the phonon scattering effect occurring at the pore interface and the low thermal conductivity of the pores themselves. Accordingly, the thermoelectric figure of merit is improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소재의 제조 방법을 모식적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 열전 소자 유닛을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 이용된 열전 파우더의 전자현미경 사진(a) 및 상기 열전 파우더로부터 형성된 다공성 열전 파우더의 전자현미경 사진(b)이다.
도 4는 비교예에서 얻어진 열전 소재의 전자현미경 사진(a) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재의 전자현미경 사진(b)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 이용된 염화칼륨(KCl) 파우더의 부피비(열전 파우더 대비)에 따른 열전 소재의 기공율(porosity)을 도시한 그래프이다.
도 6은 비교예에서 얻어진 열전 소재(Pure BST)의 열전도도(a) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(기공율: 4.74%, 10.08%) 의 열전도도(b)를 도시한 그래프이다.
도 7은 비교예에서 얻어진 열전 소재(Pure BST) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(기공율: 4.74%, 10.08%)의 제백계수(a), 전기비저항(b) 및 열전성능지수(c)를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 기공 크기가 조절된 다공성 열전 소재의 전자현미경 사진(a) 및 비교예에서 얻어진 열전 소재(BST)와 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(small size pore, big size pore)의 격자 열전도도(b) 및 열전성능지수(c)를 도시한 그래프이다.
1 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a thermoelectric material according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a thermoelectric element unit of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
3 is an electron micrograph (a) of the thermoelectric powder used in an embodiment of the present invention and an electron micrograph (b) of a porous thermoelectric powder formed from the thermoelectric powder.
4 is an electron micrograph (a) of the thermoelectric material obtained in Comparative Example and an electron micrograph (b) of the thermoelectric material obtained in Example of the present invention.
5 is a graph showing the porosity of the thermoelectric material according to the volume ratio (compared to the thermoelectric powder) of the potassium chloride (KCl) powder used in the embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the thermal conductivity (a) of the thermoelectric material (Pure BST) obtained in Comparative Example and the thermal conductivity (b) of the thermoelectric material (porosity: 4.74%, 10.08%) obtained in Examples of the present invention.
7 shows the Seebeck coefficient (a), electrical resistivity (b) and thermoelectric figure of merit (c) of the thermoelectric material (Pure BST) obtained in Comparative Example and the thermoelectric material (porosity: 4.74%, 10.08%) obtained in Examples of the present invention. ) is a graph showing
8 is an electron micrograph (a) of a porous thermoelectric material whose pore size is controlled according to an embodiment of the present invention, a thermoelectric material (BST) obtained in Comparative Example, and a thermoelectric material obtained in an embodiment of the present invention (small size pore, It is a graph showing lattice thermal conductivity (b) and thermoelectric figure of merit (c) of big size pores).

본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present application, terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 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 terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소재의 제조 방법을 모식적으로 도시한 순서도이다.1 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a thermoelectric material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 열전 파우더(10) 및 상기 열전 파우더(10)와 다른 용해 특성을 갖는 이종 물질(20)을 혼합 및 가압하여 열전 물질 내에 이종 물질 입자가 분산된 복합체 파우더(30)를 형성한다(S10).Referring to FIG. 1 , the thermoelectric powder 10 and the heterogeneous material 20 having different dissolution properties from the thermoelectric powder 10 are mixed and pressed to form a composite powder 30 in which the heterogeneous material particles are dispersed in the thermoelectric material. do (S10).

예를 들어, 상기 열전 파우더(10)는, 칼코게나이드(Chalcogenide), 안티모나이드(Antimonide)계, 실리사이드(Silicide)계, 하프호이슬러(Half-Heusler)계 및 산화물계 열전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 파우더(10)는, Bi-Te계, Sb-Te계, Bi-Te-Se계, Bi-Te-Sb계, Bi-Sb-Te-Se계 등과 같은 2원소계, 3원소계 및 4원소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열전 파우더는, 예를 들어, Bi-Te계에 셀레늄(Se) 등이 첨가되어 N-형이 되거나, 안티몬(Sb) 등이 첨가되어 P-형이 될 수 있으며, 상기 원소 이외에 SbI3, Cu, Ag, CuCl2 등 불순물 주입을 통한 N,P형도 가능하다. 또한, 중온도 용으로서 Pb-Te계, Mg-Sb계 등의 열전 물질을 포함하거나, 고온용으로서 Si-Ge계, Sn-Te계 등의 열전 물질을 포함할 수 있다. For example, the thermoelectric powder 10 may include a chalcogenide, an antimonide-based, a silicide-based, a Half-Heusler-based, and an oxide-based thermoelectric material. can For example, the thermoelectric powder 10 may be a bi-element system such as Bi-Te-based, Sb-Te-based, Bi-Te-Se-based, Bi-Te-Sb-based, Bi-Sb-Te-Se-based or the like; It may include at least one of ternary and quaternary materials. The thermoelectric powder may be, for example, N-type by adding selenium (Se) to the Bi-Te system, or P-type by adding antimony (Sb), etc., SbI 3 , N, P type through the implantation of impurities such as Cu, Ag, CuCl 2 is also possible. In addition, a thermoelectric material such as Pb-Te-based or Mg-Sb-based thermoelectric material may be included for medium temperature, or a Si-Ge-based or Sn-Te-based thermoelectric material may be included for high temperature use.

상기 열전 파우더(10)를 얻기 위하여 공지의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 파우더를 구성하는 각 성분의 원료로부터, 볼 밀링법(ball-milling), 기계적 합금방법, 용융 방사법(Melt-spin), 용융법, 수열 합성법 등 다양한 방법을 통해 얻어질 수 있다. 상기 열전 파우더의 크기는 수 nm 내지 수백 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A known method may be used to obtain the thermoelectric powder 10 . For example, from the raw material of each component constituting the thermoelectric powder, it can be obtained through various methods such as a ball-milling method, a mechanical alloying method, a melt-spin method, a melting method, and a hydrothermal synthesis method. there is. The size of the thermoelectric powder may be several nm to several hundred μm, but is not limited thereto.

상기 이종 물질(20)은 상기 열전 파우더(10)와 다른 용해 특성을 갖는다. 예를 들어, 상기 이종 물질(20)은 수용성일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 이종 물질(20)은 금속염을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 할로겐화 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 할로겐화 금속은 염화칼륨, 염화칼슘, 염화나트륨 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 이종 물질(20)은 비양자성 유기 용매에 용해 가능한 금속 화합물을 포함할 수도 있다.The heterogeneous material 20 has a dissolution characteristic different from that of the thermoelectric powder 10 . For example, the heterogeneous material 20 may be water-soluble. According to an embodiment, the heterogeneous material 20 may include a metal salt, specifically, a metal halide. For example, the metal halide may include potassium chloride, calcium chloride, sodium chloride, and the like. However, embodiments of the present invention are not limited thereto. For example, the heterogeneous material 20 may include a metal compound soluble in an aprotic organic solvent.

상기 열전 파우더(10)와 상기 이종 물질(20)의 복합체 파우더(30)을 얻기 위하여, 밀링이 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 파우더(10)와 상기 이종 물질(20)을 혼합하고, 고에너지 볼밀링 장비를 이용하여 밀링을 수행하여 상기 복합체 파우더(30)이 얻어질 수 있다. 상기 밀링 공정은 산화 방지를 위하여 질소 등과 같은 비활성 기체 조건에서 수행될 수 있다.In order to obtain the composite powder 30 of the thermoelectric powder 10 and the heterogeneous material 20, milling may be used. For example, the composite powder 30 may be obtained by mixing the thermoelectric powder 10 and the dissimilar material 20 and performing milling using a high energy ball milling equipment. The milling process may be performed in an inert gas condition such as nitrogen to prevent oxidation.

예를 들어, 상기 복합체 파우더(30)는 열전 물질에 상기 이종 물질(20)이 분산된 형태를 가질 수 있다.For example, the composite powder 30 may have a form in which the heterogeneous material 20 is dispersed in a thermoelectric material.

다음으로, 상기 복합체 파우더(30)에서 상기 이종 물질을 제거하여 다공성 열전 파우더(40)를 얻는다. Next, the heterogeneous material is removed from the composite powder 30 to obtain a porous thermoelectric powder 40 .

상기 이종 물질을 선택적으로 제거하기 위하여, 상기 복합체 파우더(30)에 적절한 용매를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 이종 물질이 염화칼륨과 같은 수용성 물질인 경우, 물이 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 이종 물질의 용해 특성에 따라, 메탄올, 에탄올, N-메틸피롤리돈 등과 같은 극성 용매 또는, 메틸에틸케톤, 헵탄 등과 같은 비극성 용매가 선택될 수 있다.In order to selectively remove the heterogeneous material, an appropriate solvent may be provided to the composite powder 30 . For example, when the heterogeneous material is a water-soluble material such as potassium chloride, water may be provided. However, embodiments of the present invention are not limited thereto, and a polar solvent such as methanol, ethanol, N-methylpyrrolidone, etc. or a non-polar solvent such as methylethylketone and heptane may be selected according to the dissolution characteristics of the heterogeneous material. can

일 실시예에 따르면, 상기 염화칼륨을 제거하기 위하여 물이 이용될 수 있으며, 빠른 제거를 위하여 초음파가 가해질 수 있다.According to an embodiment, water may be used to remove the potassium chloride, and ultrasonic waves may be applied for rapid removal.

상기 복합체 파우더(30) 내에 분산된 이종 물질(20)의 입자 크기 및 함량에 따라, 이종 물질이 제거된 다공성 구조에서 기공 크기 및 기공율이 달라질 수 있으며, 이는 열전 소재의 사용 목적, 사용 온도 범위 등에 따라 조절될 수 있다.According to the particle size and content of the heterogeneous material 20 dispersed in the composite powder 30, the pore size and porosity may vary in the porous structure from which the heterogeneous material is removed, which is the purpose of use of the thermoelectric material, the operating temperature range, etc. can be adjusted accordingly.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 파우더(10)에 대한 상기 이종 물질(20)의 부피비는 5% 이하일 수 있다. 상기 이종 물질(20)의 함량이 과도하게 높은 경우, 기공율이 과도하게 증가하여 열전성능지수가 감소할 수 있다.According to an embodiment, the volume ratio of the heterogeneous material 20 to the thermoelectric powder 10 may be 5% or less. When the content of the heterogeneous material 20 is excessively high, the porosity may excessively increase and the thermoelectric figure of merit may decrease.

다음으로, 상기 다공성 열전 파우더(40)를 소결하여 열전 소재를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 열전 파우더(40)는 고온 고압 조건에서 소결될 수 있으며, 소결체를 형성하기 위하여, 스파크 플라즈마 소결(spark plasma sintering), 핫프레싱, 압출 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.Next, the porous thermoelectric powder 40 may be sintered to form a thermoelectric material. For example, the porous thermoelectric powder 40 may be sintered under high temperature and high pressure conditions, and various methods such as spark plasma sintering, hot pressing, and extrusion may be used to form a sintered body.

예를 들어, 예를 들어, 상기 소결 단계에서, 온도는 300℃ 내지 600℃일 수 있으며, 압력은 5MPa 내지 500MPa 일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 열전 물질과 열전 소재의 목적에 따라 소결 조건은 달라질 수 있다.For example, in the sintering step, the temperature may be 300 °C to 600 °C, and the pressure may be 5 MPa to 500 MPa. However, embodiments of the present invention are not limited thereto, and sintering conditions may vary depending on the thermoelectric material and the purpose of the thermoelectric material.

상기 열전 소재는, 다공성 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 다공성 구조에 의하여 향상된 열전 성능을 가질 수 있다.The thermoelectric material may have a porous structure. Accordingly, the porous structure may have improved thermoelectric performance.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 소재의 기공율은 10% 이내일 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 소재의 기공율은 1% 내지 10%일 수 있다. 상기 열전 소재의 기공율이 과도할 경우, 열전도도의 감소에 비하여 전기비저항이 크게 증가함으로써, 출력 인자가 감소할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 양단의 온도차가 큰 중고온용 열전소재의 경우 최적 기공율이 10%를 초과할 수도 있다.According to an embodiment, the porosity of the thermoelectric material may be within 10%. For example, the porosity of the thermoelectric material may be 1% to 10%. When the porosity of the thermoelectric material is excessive, the electrical resistivity is greatly increased compared to the decrease in thermal conductivity, so that the output factor may be decreased. However, embodiments of the present invention are not limited thereto, and in the case of a thermoelectric material for medium and high temperature with a large temperature difference between both ends, the optimum porosity may exceed 10%.

또한, 상기 열전 소재는 기공 크기에 따라 다른 열전 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 소재의 평균 기공 크기(직경은)는 1㎛ 미만일 수 있으며, 보다 구체적으로 0.5㎛ 이하일 수 있다. 상기 열전 소재의 기공 크기가 0.5㎛ 이하인 경우, 고온 영역에서 열전성능이 크게 증가할 수 있다.In addition, the thermoelectric material may have different thermoelectric properties according to pore sizes. For example, the average pore size (diameter) of the thermoelectric material may be less than 1 μm, and more specifically, 0.5 μm or less. When the pore size of the thermoelectric material is 0.5 μm or less, thermoelectric performance may be greatly increased in a high temperature region.

상기 열전 소재는 열전 모듈의 제조에 이용될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 열전 소자 유닛을 도시한 단면도이다.The thermoelectric material may be used for manufacturing a thermoelectric module. 2 is a cross-sectional view illustrating a thermoelectric element unit of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 열전 소자 유닛(100)은, 제1 기판(210), 상기 제1 기판과 이격된 제2 기판(220), 상기 제1 기판(210)과 상기 제2 기판(220) 사이에 배치되며 서로 이격되는 제1 전극(12) 및 제2 전극(14), 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14) 사이에 배치되는, 열전 레그(16)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the thermoelectric element unit 100 includes a first substrate 210 , a second substrate 220 spaced apart from the first substrate, and the first substrate 210 and the second substrate 220 . and a first electrode 12 and a second electrode 14 disposed therebetween and spaced apart from each other, and a thermoelectric leg 16 disposed between the first electrode 12 and the second electrode 14 . there is.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(12)과 상기 열전 레그(16) 사이에는, 제1 배리어층(18a)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(14)과 상기 열전 레그(16) 사이에는, 제2 배리어층(18b)이 배치될 수 있다. 상기 배리어층들은 상기 열전 레그(16)를 보호할 수 있다. According to an embodiment, a first barrier layer 18a may be disposed between the first electrode 12 and the thermoelectric leg 16 . Also, a second barrier layer 18b may be disposed between the second electrode 14 and the thermoelectric leg 16 . The barrier layers may protect the thermoelectric leg 16 .

상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 각각 전기 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 알루미나, 사파이어, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화 알루미늄, 석영, 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 고분자는, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴 수지 등을 포함할 수 있다. The first substrate 210 and the second substrate 220 may each include an electrically insulating material. For example, the first substrate 210 and the second substrate 220 may include alumina, sapphire, silicon, silicon nitride, silicon carbide, silicon aluminum carbide, quartz, a polymer, or the like. The polymer may include polyimide, polyamide, polycarbonate, polystyrene, polyethylene terephthalate, polyacrylic resin, and the like.

상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 동일한 물질로 이루어지거나, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.The first substrate 210 and the second substrate 220 may be made of the same material or may be made of different materials.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 소자 유닛(10)은, 한 쌍의 열전 레그(16)를 포함할 수 있다. 상기 열전 레그(16)들은 서로 다른 타입으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 소자 유닛(10)은, n 타입으로 도핑된 제1 열전 레그(N) 및 p 타입으로 도핑된 제2 열전 레그(P)를 포함할 수 있다. 상기 제1 열전 레그(N) 및 상기 제2 열전 레그(P)들의 일단은 제1 전극(12)에 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 열전 레그(N) 및 상기 제2 열전 레그(P)들의 타단은 서로 이격된 제2 전극(14)들에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.According to an embodiment, the thermoelectric element unit 10 may include a pair of thermoelectric legs 16 . The thermoelectric legs 16 may be doped with different types. For example, the thermoelectric element unit 10 may include a first thermoelectric leg N doped with an n-type and a second thermoelectric leg P doped with a p-type. One end of the first thermoelectric leg N and the second thermoelectric leg P may be electrically connected to the first electrode 12 in common. The other ends of the first thermoelectric leg N and the second thermoelectric leg P may be electrically connected to second electrodes 14 spaced apart from each other, respectively.

예를 들어, 상기 열전 레그(16)는 원기둥 형상 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.For example, the thermoelectric leg 16 may have a cylindrical shape or a polygonal column shape.

예를 들어, 상기 제1 전극(12)은, 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(12)은, NiP, TiN, ZnO 등과 같은 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 상기 제2 전극(14)은, 상기 제1 전극과 동일한 물질 또는 다른 물질을 포함할 수 있다.For example, the first electrode 12 may include a metal such as nickel (Ni), titanium (Ti), copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), or silver (Ag). . In addition, the first electrode 12 may further include a metal compound such as NiP, TiN, ZnO, or the like. Each of these may be used alone or in combination. The second electrode 14 may include the same material as the first electrode or a different material.

상기 배리어층들은, 상기 제1 전극(12) 또는 상기 제2 전극(14)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어층들은, 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 등과 같은 금속, 이들의 합금, 또는 이들의 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 금속 화합물은 NiP, TiN, ZnO 등과 같은 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 배리어층들은, 상기 제1 전극(12)을 구성하는 물질보다 열팽창율이 작은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(12) 또는 상기 제2 전극(14)이 구리를 포함하는 경우, 상기 배리어층들은 구리를 제외한 다른 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 니켈, 티타늄, 주석, 지르코늄, 이들의 합금 또는 이들의 금속 화합물을 포함할 수 있다.The barrier layers may include a material different from that of the first electrode 12 or the second electrode 14 . For example, the barrier layers may include nickel (Ni), titanium (Ti), copper (Cu), platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), molybdenum (Mo), tin (Sn), and zirconium. (Zr), niobium (Nb), a metal such as tungsten (W), an alloy thereof, or a metal compound thereof may be included. The metal compound may further include a metal compound such as NiP, TiN, or ZnO. According to an embodiment, the barrier layers may include a material having a lower coefficient of thermal expansion than a material constituting the first electrode 12 . For example, when the first electrode 12 or the second electrode 14 includes copper, the barrier layers may include a material other than copper, specifically, nickel, titanium, tin, It may include zirconium, an alloy thereof, or a metal compound thereof.

일 실시예에 따르면, 상기 열전 레그(16)는 열전 소재를 포함한다. 상기 열전 소재는 다공성 구조를 갖는다. 상기 열전 소재는 기설명된 열전 소재와 동일할 수 있다.According to an embodiment, the thermoelectric leg 16 includes a thermoelectric material. The thermoelectric material has a porous structure. The thermoelectric material may be the same as the previously described thermoelectric material.

본 발명의 실시예에 따르면, 낮은 열전도도와 높은 열전 성능을 가지는 다공성 열전 소재를 제조할 수 있으며, 열전 소재의 기공율 및 기공 크기 제어가 용이하다.According to an embodiment of the present invention, a porous thermoelectric material having low thermal conductivity and high thermoelectric performance can be manufactured, and the porosity and pore size of the thermoelectric material can be easily controlled.

상기에 따라 제조된 열전 소재는 기공 계면에서 발생하는 포논 산란 효과와 기공 자체의 낮은 열전도도로 인하여 전체적으로 낮은 열전도도를 가지게 된다. 따라서, 열전성능지수가 향상되고, 이를 이용하는 열전 모듈의 열전성능이 개선될 수 있다.The thermoelectric material manufactured as described above has overall low thermal conductivity due to the phonon scattering effect occurring at the pore interface and the low thermal conductivity of the pores themselves. Accordingly, the thermoelectric figure of merit may be improved, and the thermoelectric performance of a thermoelectric module using the same may be improved.

이하에서는 구체적인 실험을 통해 본 발명의 실시예들의 효과를 살펴보기로 한다.Hereinafter, the effects of the embodiments of the present invention will be examined through specific experiments.

실시예Example

기계적 합금 방법을 이용하여 Bi0.4Sb1.6Te3 조성을 가지는 200 ~ 400 nm 크기의 P-형 열전 파우더를 합성하였다.A P-type thermoelectric powder having a size of 200 to 400 nm having a composition of Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 was synthesized using a mechanical alloying method.

상기 열전 파우더와 염화칼륨 파우더를 스테인레스 벨 자 (Bell jar)에 넣은 후 지르코니아등 밀링에 사용되는 볼을 넣고, 분당 1060 rpm 회전수를 가지는 고 에너지 볼밀링 장비를 이용하여 혼합/가압하여 복합체 파우더를 얻었다. 이때 내부는 산화 방지를 위하여 고순도 질소를 채우고 밀링을 진행하였다.After putting the thermoelectric powder and potassium chloride powder in a stainless bell jar, a ball used for milling such as zirconia was put, and mixed/pressurized using a high energy ball milling equipment having a rotation speed of 1060 rpm per minute to obtain a composite powder . At this time, the inside was filled with high-purity nitrogen to prevent oxidation, and milling was performed.

다음으로, 상기 복합체 파우더를 초순수에 넣고 초음파 발생기로 교반하여, 상기 복합체 파우더에서 염화칼륨을 제거(용해)하여 다공성 열전 파우더를 얻었다.Next, the composite powder was placed in ultrapure water and stirred with an ultrasonic generator to remove (dissolve) potassium chloride from the composite powder to obtain a porous thermoelectric powder.

다음으로, 상기 다공성 열전 파우더를 소결(스파크 플라즈마 소결, 450℃, 40MPa, 5분)하여 소결체를 형성함으로써 열전 소재를 얻었다.Next, a thermoelectric material was obtained by sintering the porous thermoelectric powder (spark plasma sintering, 450° C., 40 MPa, 5 minutes) to form a sintered body.

비교예comparative example

비교예로서, 실시예에서 사용된 P-형 열전 파우더를 소결(스파크 플라즈마 소결)하여 소결체를 형성함으로써 열전 소재를 얻었다.As a comparative example, a thermoelectric material was obtained by sintering the P-type thermoelectric powder used in Examples (spark plasma sintering) to form a sintered body.

도 3은 본 발명의 실시예에 이용된 열전 파우더의 전자현미경 사진(a) 및 상기 열전 파우더로부터 형성된 다공성 열전 파우더의 전자현미경 사진(b)이다.3 is an electron micrograph (a) of the thermoelectric powder used in an embodiment of the present invention and an electron micrograph (b) of a porous thermoelectric powder formed from the thermoelectric powder.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예를 통해, 다공성 구조를 갖는 열전 파우더가 형성되었음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3 , it can be confirmed that a thermoelectric powder having a porous structure is formed through an embodiment of the present invention.

도 4는 비교예에서 얻어진 열전 소재의 전자현미경 사진(a) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재의 전자현미경 사진(b)이다.4 is an electron micrograph (a) of the thermoelectric material obtained in Comparative Example and an electron micrograph (b) of the thermoelectric material obtained in Example of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다공성 열전 파우더를 이용함으로써, 고온 고압의 소결 과정을 통해 형성된 열전 소재에서도 다공성 구조가 유지될 수 있으며, 기공들이 균일하게 분포될 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it can be confirmed that by using the porous thermoelectric powder of the present invention, a porous structure can be maintained even in a thermoelectric material formed through a high-temperature and high-pressure sintering process, and pores can be uniformly distributed.

도 5는 본 발명의 실시예에 이용된 염화칼륨(KCl) 파우더의 부피비(열전 파우더 대비)에 따른 열전 소재의 기공율(porosity)을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the porosity of the thermoelectric material according to the volume ratio (relative to the thermoelectric powder) of the potassium chloride (KCl) powder used in an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 염화칼륨 파우더의 부피가 증가함에 따라, 최종 열전 소재의 기공율이 증가하였다. 따라서, 이종 물질의 함량을 조절하여 최종 열전 소재의 기공율을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , as the volume of the potassium chloride powder increased, the porosity of the final thermoelectric material increased. Therefore, it can be seen that the porosity of the final thermoelectric material can be controlled by adjusting the content of the heterogeneous material.

도 6은 비교예에서 얻어진 열전 소재(Pure BST)의 열전도도(a) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(기공율: 4.74%, 10.08%) 의 열전도도(b)를 도시한 그래프이다. 상기 열전도도는 레이저 플래쉬법(Laser Flash System)을 사용하여 측정하였다. 6 is a graph showing the thermal conductivity (a) of the thermoelectric material (Pure BST) obtained in Comparative Example and the thermal conductivity (b) of the thermoelectric material (porosity: 4.74%, 10.08%) obtained in Examples of the present invention. The thermal conductivity was measured using a laser flash system.

도 6을 참조하면, 본 발명을 통해, 종래의 열전 소재 대비 약 25% 열전도도가 감소된 열전 소재가 얻어졌음을 확인할 수 있으며, 이를 통해 열전 소재의 성능 향상을 예상할 수 있다.Referring to FIG. 6 , it can be confirmed that a thermoelectric material having a reduced thermal conductivity of about 25% compared to the conventional thermoelectric material is obtained through the present invention, and thus the performance of the thermoelectric material can be expected to be improved.

도 7은 비교예에서 얻어진 열전 소재(Pure BST) 및 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(기공율: 4.74%, 10.08%)의 제백계수(a), 전기비저항(b) 및 열전성능지수(c)를 도시한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 기공율의 증가에 따라 다공성 열전 소재의 전기비저항이 증가하였으나, 낮은 열전도도로 인하여 열전 소재의 성능지수는 기존 재료 대비 상승하였으며, 353 K에서 최대 1.045의 값을 가짐을 확인할 수 있다. 또한, 열전성능지수 측정 결과를 참조하면, 기공율이 10%를 초과하는 경우 열전성능지수의 증가가 미약하거나 온도에 따라 저하될 수 있음을 알 수 있다.7 shows the Seebeck coefficient (a), electrical resistivity (b) and thermoelectric figure of merit (c) of the thermoelectric material (Pure BST) obtained in Comparative Example and the thermoelectric material (porosity: 4.74%, 10.08%) obtained in Examples of the present invention. ) is a graph showing Referring to FIG. 7 , although the electrical resistivity of the porous thermoelectric material increased as the porosity increased, the performance index of the thermoelectric material increased compared to the existing material due to low thermal conductivity, and it was confirmed that it had a value of 1.045 at 353 K. . In addition, referring to the measurement result of the thermoelectric figure of merit, it can be seen that when the porosity exceeds 10%, the increase in the thermoelectric figure of merit is weak or may be lowered depending on the temperature.

도 8은 기공 크기가 조절된 다공성 열전 소재의 전자현미경 사진(a) 및 비교예에서 얻어진 열전 소재(BST)와 본 발명의 실시예에서 얻어진 열전 소재(small size pore, big size pore)의 격자 열전도도(b) 및 열전성능지수(c)를 도시한 그래프이다. 상기 실시예에서 기공 크기는, 염화칼륨 파우더의 크기를 달리함으로써, 약 1㎛(big pore size) 및 약 수백 nm(small pore size)로 조절되었다.8 is an electron micrograph (a) of a porous thermoelectric material with controlled pore size and lattice heat conduction of a thermoelectric material (BST) obtained in Comparative Example and a thermoelectric material (small size pore, big size pore) obtained in Example of the present invention; It is a graph showing the figure (b) and the thermoelectric figure of merit (c). In the above embodiment, the pore size was adjusted to about 1 μm (big pore size) and about several hundred nm (small pore size) by varying the size of the potassium chloride powder.

도 8을 참조하면, 상대적으로 큰 기공(big pore size)을 갖는 열전 소재의 경우 상온에서 높은 열전성능지수를 보였으며, 상대적으로 작은 기공(small pore size)을 갖는 열전 소재의 경우 고온부에서 열전성능지수가 높았다. 위 결과는, (b)에서 도시된 격자 열전도도의 분석 결과 고온부에서 작은 크기의 기공을 가지는 재료가 큰 기공 크기를 가지는 열전재료보다 격자 열전도도가 낮은 결과와도 일치하며, 이는 작은 크기의 기공이 고온부에서 포논의 제어를 효과적으로 하고 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 기공 크기를 조절함으로써, 적정 용도(사용 온도)의 열전 소재를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , the thermoelectric material having a relatively large pore size showed a high thermoelectric performance index at room temperature, and in the case of the thermoelectric material having a relatively small pore size, the thermoelectric performance at a high temperature. index was high. As a result of the analysis of lattice thermal conductivity shown in (b), the material having small pores in the high-temperature part is consistent with the result that the lattice thermal conductivity is lower than that of the thermoelectric material having a large pore size, which is the result of having small pores. This may mean that the phonon is effectively controlled in the high temperature part. Therefore, it can be seen that by adjusting the pore size, it is possible to obtain a thermoelectric material for an appropriate use (use temperature).

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below you will understand

본 발명은, 소규모 발전, 각종 장치의 냉각 및 온도 제어 등을 위한 열전 모듈의 제조에 이용될 수 있다.The present invention can be used in the manufacture of thermoelectric modules for small-scale power generation, cooling and temperature control of various devices, and the like.

Claims (9)

열전 파우더 및 상기 열전 파우더와 다른 용해 특성을 갖는 이종 물질을 혼합 및 가압하여 열전 물질 내에 이종 물질 입자가 분산된 복합체 파우더를 형성하는 단계;
상기 복합체 파우더의 이종 물질 입자를 선택적으로 용해하여 제거하여 다공성 열전 파우더를 형성하는 단계; 및
상기 열전 파우더를 소결하여 다공성 구조의 소결체를 얻는 단계를 포함하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.
forming a composite powder in which particles of a different material are dispersed in a thermoelectric material by mixing and pressing the thermoelectric powder and a heterogeneous material having a dissolution property different from that of the thermoelectric powder;
forming a porous thermoelectric powder by selectively dissolving and removing the heterogeneous material particles of the composite powder; and
and sintering the thermoelectric powder to obtain a sintered body having a porous structure.
제1항에 있어서, 상기 열전 파우더는 칼코게나이드계, 안티모나이드계, 실리사이드계 및 하프호이슬러계 열전 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법,The method of claim 1 , wherein the thermoelectric powder comprises at least one of a chalcogenide-based, antimonide-based, silicide-based, and Haf-Heusler-based thermoelectric material; 제1항에 있어서, 상기 이종 물질은, 금속염을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1 , wherein the heterogeneous material includes a metal salt. 제1항에 있어서, 상기 이종 물질은 할로겐화 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1 , wherein the heterogeneous material includes a metal halide. 제1항에 있어서, 상기 이종 물질은 염화 칼륨, 염화 칼슘 및 염화 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1 , wherein the heterogeneous material comprises at least one of potassium chloride, calcium chloride, and sodium chloride. 제1항에 있어서, 상기 이종 물질을 선택적으로 용해하기 위한 용매는, 극성 용매 또는 비극성 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1 , wherein the solvent for selectively dissolving the heterogeneous material comprises a polar solvent or a non-polar solvent. 제1항에 있어서, 상기 열전 파우더를 소결하는 단계는, 스파크 플라즈마 소결, 핫 프레싱 또는 압출을 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1 , wherein the sintering of the thermoelectric powder comprises performing spark plasma sintering, hot pressing, or extrusion. 제1항에 있어서, 상기 열전 소재의 기공율은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the porosity of the thermoelectric material is 10% or less. 제7항에 있어서, 상기 열전 소재의 기공 크기는 0.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the pore size of the thermoelectric material is 0.5 μm or less.
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