테트라헤드라이트 화합물 열전재료의 급속합성

전문가 제언

○ 최근 들어 대체에너지 개발보다는 낭비되고 있는 폐열 등을 회수해 전기에너지로 변환하여 연료효율을 향상시키는 에너지 하베스팅이 주목 받고 있다. 열전재료(thermoelectric materials)는 이러한 요구에 가장 잘 부응하는 재료 중 하나로 발전, 자동차, 항공 등 산업 전반에 광범위하게 활용하는 것이 가능하다.

 

○ 열전재료에 대한 기본 이론의 발전과 합성기술의 발달로 중？고온에서 열전 성능지수(ZT)가 높은 새로운 열전재료가 발견되고 있으나, 대부분은 독성을 가진 원소의 사용과 고비용의 합성 공정으로 인해, 이를 대규모로 응용하는 데에는 한계가 있다.

 

○ 최근에 천연으로 존재하는 테트라헤드라이트로 알려진 구리-안티몬-황 화합물이 높은 ZT를 나타내는 것으로 보고된 바 있다. 본고는 무독성 원소들을 고에너지 볼밀링과 방전플라스마소결을 활용하여 테트라헤드라이트 화합물 Cu10.4Ni1.6Sb4S13을 합성한 결과를 소개하였다. 합성된 재료의 열전 성능 ZT 값은 700K에서 0.75로써 비교적 높고, 장시간이 요구되는 전통적인 밀봉관 합성법으로 제조한 시료와 거의 같은 수준을 나타내었다.

 

○ 2010년대에 들어와 테트라헤드라이트에 기초한 화합물이 높은 열전 특성을 나타냄이 밝혀진 후로 이를 저비용으로 합성하려는 시도가 이루어지고 있다. 최근에 미국의 Alphabet Energy 사에서는 테트라헤드라이트에 기초한 열전소자를 발전에 이용하려는 계획을 발표하기도 하였다. 테트라헤드라이트 화합물 합성에 대한 연구는 미국이 선도하고 일본, 프랑스가 비교적 활발하다.

 

○ 한국도 2000년대 후반에 (La,Ba)MnO3와 같은 열전 산화물 세라믹스에 대한 기초 연구가 시작되어 관심을 끌고 있으나, 본고에서 소개된 황화물에 대한 연구는 알려진 것이 없다. 세계 열전 에너지 하베스팅 시장이 2020년대에 7억 달러 수준으로 증가할 것을 전망하는 보고가 있듯이 이 분야의 잠재성은 매우 크므로 관심을 가질 필요가 있다.

저자

T. Barbier, S. Rollin-Martinet, P. Lemoine, F. Gascoin, A. Kaltzoglou, P. Vaqueiro, A.V. Powell, E. Guilmeau

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

99(1)

잡지명

J. of the American Ceramic Society

과학기술
표준분류

재료

페이지

51~56

분석자

정*생

분석물

• 테트라헤드라이트 화합물 열전재료의 급속 합성.pdf [448,236 byte]

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