Browse

전자선 조사가 Bi2Te3 열전 재료의 미세구조와 열전 특성에 미치는 영향 : Effect of Electron Beam Irradiation on the Microstructures and Thermoelectric Properties of Bi2Te3

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors

한장원

Advisor
박찬
Major
공과대학 재료공학부
Issue Date
2013-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
ThermoelectricSPSBi2Te3meso-scale defectElectron Beam Irradiation
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 재료공학부, 2013. 2. 박찬.
Abstract
일반적으로 고체 내에서 열에너지와 전기에너지의 가역적인 에너지 변환 현상을 열전 효과 또는 열전 현상이라 하며, 이와 관련된 현상으로 제백효과 (Seebeck effect), 펠티어 효과 (Peltier effect), 그리고 톰슨 효과(Thomson effect)가 있다. 이 세가지 현상들은 모두 독립적으로 발견되었지만, 후대에 이르러 이들이 모두 동일한 열-전기 에너지의 가역적인 변화 현상을 나타낸다는 것이 밝혀진 이후에는 이들을 모두 아울러 열전효과라 부른다. 열전 재료 중 Bi2Te3 와 같은 Telluride계열의 열전 물질은 상온계 영역에서 우수한 열전특성을 나타낸다. 하지만 상용화 하기에는 아직 열전 특성을 나타내는 지표인 zT값이 낮기 때문에 이를 개선해야 할 필요가 있다.
zT값에 영향을 주는 인자로는 전기전도도, 운반자 농도, 열전도도 등이 있는데, 각 인자를 열처리, 나노 구조체, 나노 복합체 적용 등과 같은 다양한 방법으로 제어함으로써 zT값을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 방법들 중 전자선 조사는 물질에 열처리 효과를 줌과 동시에 내부에 meso-scale 결함 등을 생성함으로써 물질의 특성 변화에 기여하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 아직까지 열전 물질에 전자선 조사를 실시한 연구 결과는 보고된 바가 없었다. 본 연구에서는 최초로 전자선 조사가 Bi2Te3열전 재료의 미세구조와 열전 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 세부적으로 전자선 조사를 통해 meso-scale의 결함 생성을 통해 열전도도의 감소를 목표로 하고 있다. Bi2Te3분말에서 추가적인 입자성장을 통해 2차상이 생성되지 않도록 빠른 시간 안에 소결을 진행하기 위해 통전활성소결법(SPS)을 이용하여 벌크 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 순수한 시편과 전자선 조사 선량을 변화시킨 시편으로 실험을 진행하였다. 전자선 조사 선량은 각각50KGy, 100KGy, 150KGy로 변화시켜 실험을 진행하였다. 전자선 조사를 실시한 시편과 순수한 시편의 열 전도도 값과 밀도 변화를 비교하였을 때 전자선 조사량에 따라서 열 전도도가 감소함을 관찰할 수 있었다. 또한 부수적인 효과로 전기 전도도와 Seebeck 계수가 증가함을 관찰할 수 있었다. 그 부수적인 변화의 폭이 가장 큰 시편은 100과 150 KGy시편이었다. 그 중 power factor값을 고려하였을 때 100KGy가 가장 좋은 값을 보여주는 것을 알 수 있었다. 가장 큰 조사선량이었던150KGy의 경우 Seebeck 값은 100KGy와 비슷한 값을 보였으나 결함에 의해 전기 전도도가 순수한 시편보다 감소하는 것 등을 확인할 수 있었다. 이는 전자선 조사로 인해Te가 휘발되면서 Bi/Te의 화학양론이 변하였다고 볼 수 있다.
전자선 조사를 통해 열전 물질의 열 전도도 저하 및 성능의 조절이 가능하다는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 앞으로 열전 특성을 조절할 수 있는 하나의 방법으로서의 가능성을 제시하였다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/123248
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Materials Science and Engineering (재료공학부)Theses (Master's Degree_재료공학부)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse