기계적 합금화법으로 제조한 TiS2 화합물의 열전 특성

전문가 제언

○ 열전소자를 이용하여 자동차, 산업공정 등에서 발생하는 폐열로부터 전기로 변환하는 에너지 하베스팅이 많은 주목을 받고 있다. 저？중온에서 열전 성능이 가장 우수한 것으로 알려진 Bi2Te3계 열전재료의 경우, 사용된 원소들의 유독성과 고비용으로 인해 실용화와 보급에 한계가 있어, 이를 대체하기 위한 새로운 재료의 개발 활동이 활발하다.

 

○ 층상구조를 가진 전이금속 다이칼코게나이드 계열에 속하는 이황화티탄(TiS2)은 층간에 이종 원소의 삽입이 비교적 용이해, 캐리어 농도의 조절을 통해 열전 특성을 향상시킬 수 있다. 그러나 무해하고 저비용 원소들로 구성된 TiS2는 높은 열전도도로 인해 무차원 열전 성능지수 ZT가 낮아, 열전도도를 낮추도록 개선시키는 것이 필요하다.

 

○ 기계적 합금화(MA) 합성법은 결정립의 크기를 줄여 구조적 수준에서 열전도도를 감소시킬 수 있음이 보고된 바 있다. 본고에서는 MA와 방전플라스마 소결을 연계한 새로운 공정을 통하여 Ti1-xNbxS2 고용체를 합성하였다. x=0.075에서 재료의 열전도도는 700K에서 1.3W/mK로 되어, 밀봉관 합성 TiS2에 비해 2배 정도를 감소시킬 수 있었다.

 

○ 2000년대 초에 TiS2 단결정에서 열전 성능과 낮은 비저항 값들이 밝혀진 바 있다. 그러나 2010년대에 들어와서야 층상 2차원 구조를 가진 TiS2와 같은 전이금속 다이칼코게나이트 계열의 재료가 저？중온 영역에서 열전소자로써의 가능성이 높음에 주목하기 시작하였고, 본고도 이러한 추세의 일환으로 시도된 것이다. 이 분야에 대한 연구는 일본, 프랑스가 선도하고 있다.

 

○ 한국은 1990년대에 국책연구소를 중심으로 열전재료의 기술개발이 시작된 이래, 근래에는 에너지 하베스팅에 대한 관심이 급증하여 2010년대 초에 200W의 열전발전 모듈이 개발되기도 하였다. 다양한 재료가 연구되었고, 최근에는 나노기술의 발달로 박막 SnS2에 대한 기초 연구도 있다. 그러나 실용적 측면에서 본고에서 소개된 전이금속 다이칼코게나이드 화합물에 대한 연구는 전무하여 관심이 필요한 분야이다

저자

C. Bourges, T. Barbier, G. Guelou, P. Vaqueiro, A.V. Powell, O.I. Lebedev, N. Barrier, Y. Kinemuchi, E. Guilmeau

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2016

권(호)

36()

잡지명

Journal of the European ceramic society

과학기술
표준분류

재료

페이지

1183~1189

분석자

정*생

분석물

• 기계적 합금화법으로 제조한 TiS2 화합물의 열전 특성.pdf [451,962 byte]

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