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열팽창계수 조절이 가능한 La(Fe, Si, Co)13/Cu 복합재료

전문가 제언: ○ 전기전도성이 우수한 Cu는 전기접점 재료로 많이 사용하는 물질이다. 그러나 가열/냉각이 반복되는 환경에서 사용되는 열전소자(thermoelectric-based devices)나 반도체 소자의 전기접점 재료로 사용될 시에는 주변 물질과 열팽창계수 차이에 의한 열응력 발생한다. 따라서 팽창과 압축을 반복하면 계면에서 층간박리 또는 균열을 초래할 수 있어 소자의 성능저하와 신뢰성에 큰 문제를 야기할 수 있다.

○ 대표적인 메탈 실리사이드(metal silicide) 열전소자인 Mg2Si나 Fe2Si 열팽창계수는 각각 7.5x10-6/K, 6.8∼10x10-6/K로 나타나 Cu의 열팽창계수인 16.5x10-6/K와 비교하여 큰 차이를 보인다. 따라서 높은 전기전도성뿐만 아니라 낮은 열팽창계수를 가지는 전기접점 재료개발이 요구된다. 음의 열팽창계수(NTE, negative thermal expansion)를 가진 ZrW2O8과 Cu를 복합재료로 제조하여 열팽창계수를 조절하려는 연구가 진행되어 왔다. 그러나 ZrW2O8 물질은 상온에서 준안정 상태를 보여 상분해가 일어나며 복합재료 제조를 위한 소결 시에 ZrW2O8과 Cu가 반응이 일어나는 등 여러 가지 문제가 있다.

○ 본 연구에서는 아크용해법으로 음의 열팽창 물질인 La(Fe, Si, Co)13 화합물을 합성하는 방법과 방전플라즈마 소결에 의한 La(Fe,Si, Co)13/Cu 복합재료 제조방법을 소개하였다. La(Fe, Si, Co)13/Cu 복합재료는 등방성의 열팽창계수를 보이며 가열/냉각 시에 열이력 현상을 보이지 않는 열적 안정성이 뛰어난 특성을 보였다.

○ 음의 열 팽창 물질은 고도의 정밀성이 요구되는 산업에 필요한 물질이나 국내의 연구는 미흡한 상황이다. 특히 고도의 정밀성이 요구되는 광학장치나 가열/냉각이 반복되는 환경에서 사용되는 전자부품, 우주항공 및 방산 부품 설계 등에 필요한 물질이다. NTE 물질의 경제적인 합성기술개발에 대한 연구가 요청된다.

저자: Xinran Shan, et al.
자료유형: 니즈학술정보