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결정격자의 기능구조제어에 의한 Fe-Silicide계 열전재료의 개발

전문가 제언: ○ 열전재료란 재료의 양단에 온도차를 부여하면 기전력이 발생하는 제벡효과와 직류 전기를 인가하면 냉각되는 펠티어효과를 나타내는 에너지 변환재료로서 전자는 열전발전에, 후자는 열전냉각에 이용된다.

○ Fe-Silicide로 대표되는 FeSi2화합물은 1940년대부터 전력 공급이 어려운 산간지역의 소형 전원장치에 이용되어 왔으나 에너지 변환효율이 낮아 중대형 전원장치에는 아직까지 이용되지 못하고 있는 실정이다.

○ 그러나 Fe와 Si는 자원적으로 풍부하고 원료가격도 저렴하며 특히 FeSi2화합물은 600℃ 이상의 고온에서도 견디는 내열성을 갖고 있어 고온 폐수나 배기가스와 같은 각종 고온폐열의 유효이용에 매우 유망한 재료이다.

○ 용해법으로 제조된 FeSi2화합물은 충격에 약하여 실용재료는 소결법으로 제조가 되는데, 기계적 합금화법(mechanical alloying)에 의한 핫프레스 재료의 성능지수(Z)는 1×10-3수준에 도달하고 있으나 저온용 Bi-Te계나 중온용 Pb-Te계보다는 매우 낮은 수준이므로 용도의 확대가 제한되고 있다.

○ 본 보고에서 제안하고 있는 결정격자의 기능구조제어에 의한 재료특성의 개발은 페로브스카이트형 Bi-Sr-Cu-Ca-O계 고온초전도체의 제조에 이미 적용되고 있는 방법이므로, 열전재료의 특성향상에도 유사한 기법의 적용이 가능할 것이다.

○ 지구온난화 문제, 석유자원의 한계와 고가격화 등은 화석연료에 대체하는 새로운 에너지원의 개발을 요구하고 있으며, 열전발전은 그 대안의 하나로서 유망시되는 에너지기술인 만큼, 나노기술을 접목한 격자제어기법을 적극적으로 활용하는 열전재료의 개발이 기대된다.

저자: Yoshikazu Shinohara, Yukihiro Isoda
자료유형: 학술정보