Zn-Sb계 열전변환재료와 모듈의 고성능화(High-performance thermoelectric materials and modules based on Beta-Zn4Sb3 files)

전문가 제언

□ 실용화로 향한 재료의 열전변환효율의 향상이 가장 중요한 과제로 되어 있으며 혁신적 재료의 개발을 목표로 하여 세계적인 수준으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 나노기술의 발전에 의해서 지금까지 존재하지 않았던 우수한 특성과 새로운 기능을 지닌 열전변화 재료를 개발할 수 있을 것이다. 열전재료에 대해서도 비약적인 성능향상에 연결되는 가능성이 있다. 아연과 안티몬으로 되어 있는 화합물에 대한 열전변환재료분야의 연구가 진전되어 가까운 장래에 꿈의 열전재료가 실현될 수 있을 것으로 기대된다.

□ 열전특성이 우수하다는 점에는 매력이지만 이 재료가 기계적 강도에 문제가 있으며 취약하다는 단점이 있어 아직까지 완전히 실용화된 적이 없다 실용적 견지에서는 재료의 기계적 강도의 자료는 필수적인 것임에도 불구하고 열전변환재료에 있어서는 이 ZnSb계 재료에 대한 데이터는 극히 적은 실정에 있으므로 집중적인 분석과 검토가 필요한 시점에 와 있다.

□ β-Zn4Sb3의 제조하여 소결온도를 400～470℃의 고온에서 6.25g/㎤의 높은 고밀도화를 성공리에 달성하였으며 Bi-Te계 재료를 능가하는 3점 굴곡강도 64㎫를 달성하였다. 열전특성도 비약적으로 향상되어 무 차원 성능지수는 JPL의 값을 상회하는 ZT=1.6을 달성하였고 중온영역에서 가장 높은 성능의 열전재료를 제작하였으며 기계적 강도의 면에서도 실용적으로 견디는 재료를 제작하였으며 고효율 열전변화모듈의 완성도 눈앞에 와 있는 단계에 와 있는 실정에 있다. 관련업계에서는 이에 대한 관심을 집중적으로 기울여야 할 시기이다.

□ 현재 개스킷 구조의 열전변화모듈의 개발을 시도하고 있으며 온도영역마다 최적인 재료로 되어 있는 모듈을 제작하여 그 모듈을 적층하여 성능을 높이려고 하였다. 저온 역은 p형, n형 모두 Bi-Te계 재료로서 구성되었고 고온 역에는 p형은 β-Zn4Sb3, n형에는 희토류를 도프(dope)한 CoSb3을 사용하여 저온용과 고온용의 각 전극에는 각각의 알루미늄과 동의 용사막을 채용한 구조이다. 이미 가장 중요한 이 전극형성기술은 거의 완료되었고 모듈의 완성은 눈앞에 와 있는 단계에 있다.

저자

FUJII Itsuhiro

자료유형

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2004

권(호)

74(8)

잡지명

금속(A112)

과학기술
표준분류

재료

페이지

799~803

분석자

유*천

분석물

• Zn-Sb계 열전변환재료와 모듈의 고성능화.pdf [246,598 byte]

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