주입성형된 Ge 도핑 산화인듐 열전세라믹스의 마이크로파 소결

전문가 제언

○ 최근 열전발전 시스템(thermoelectric generation system)을 이용하여 화력발전이나 산업에서 발생하는 고온의 폐열 등을 회수해 전기에너지로 변환하고 활용하려는 에너지 하베스팅이 주목받고 있다. 현재 산업 전반에서 금속 간 열전재료가 광범위하게 사용되고 있지만, 고온 응용을 위해서는 공기 중에서 화학적 안정성에 유리한 산화물 열전세라믹스(thermoelectric ceramics)가 필요하다.

 

○ 미량의 원소로 도핑된 인듐 산화물이 열전성능을 높일 수 있다는 것이 2000년대 후반에 알려진 이후, 이들 계열에 대한 조성뿐 아니라 다양한 성형 및 소결 방법들이 시도되고 있다. 본고는 In2O3와 GeO2 혼합분말의 슬러리 주입성형과 마이크로파 소결을 이용하여 Ge가 도핑된 In2O3 세라믹스를 제조하고 열전 특성을 조사한 것이다.

 

○ 주입성형물로 소결한 세라믹스의 미세구조는 균질하였고, 밀도도 향상되었다. 그리고 마이크로파로 소결하여 제조한 세라믹스의 열전성능지수는 일반 소결한 시료와 거의 같은 수준이었다. 따라서 수 분간의 짧은 소결시간이 필요한 마이크로파 가열 방식은 에너지 사용을 크게 감소시켜, 열전세라믹스의 생산 비용을 크게 절감시킬 수 있을 것이다.

 

○ 고온용 열전재료로 Fe-Si계, Co-Si계 등의 금속간화합물이 잘 알려져 있지만, 이들을 고온 폐열과 같은 가혹 조건에서 열전발전 시스템에 사용하기에는 화학적으로 안정성에 한계가 있다. 1997년 NaxCoO2에서 기대보다 큰 열전성능이 소개된 이후 산화물 세라믹스에 대한 관심이 급증하게 되어 많은 연구가 되었으나, 아직은 실용화에 이르지 못하였다. 미국, 일본, 독일, 프랑스가 활발하게 연구를 선도하고 있다.

 

○ 한국도 2000년대 후반에 (La,Ba)MnO3와 같은 세라믹스에 대한 기초 연구를 시작으로 산화물 열전재료에 대해 관심을 갖게 되었으나, 발표된 것은 그리 많지 않다. 세계 열전에너지 하베스팅 시장이 2020년대에 7억 달러 수준으로 증가할 것이라는 전망 보고가 있듯이 이 분야의 잠재성은 크므로 열전 세라믹스에 대해 관심을 가질 필요가 있다.

저자

E. Combe, E. Guileau, E. Savary, S. Marinel, R. Cloots, R. Funahashi, F. Boschini

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2015

권(호)

35()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

145~151

분석자

정*생

분석물

• 주입성형된 Ge 도핑 산화인듐 열전세라믹스의 마이크로파 소결.pdf [470,612 byte]

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