Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.525-527
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2008
N-Type $SbI_3$-doped $95%{Bi_2}{Te_3}-5%{Bi_2}{Se_3}$ compounds were prepared by a gas atomization and Magnetic Pulsed Compaction process. The dynamic recrystallization and thermoelectric properties of the MPCed bulks with consolidation temperatures and times were investigated by a combination of microscopy, XRD and thermoelectric property testing. The microstructure of MPCed bulk shows homogeneous and fine distribution through consolidated bulks due to dynamic recrystallization during hot MPC. This research presented the challenges toward the successful consolidation of thermoelectric powder using magnetic pulsed compaction (MPC).
Kim, Bong-Seo;Jeong, Hyun-Uk;Park, Su-Dong;Lee, Hee-Woong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07b
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pp.865-868
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2004
열 진공 증착법(thermal vacuum evaporation)에 의해 p-형 열전박막을 $3{\times}10^{-4}{\sim}3{\times}10^{-6}$ Torr의 범위에서 유리 기판 위에 제조하였다. 제조된 박막의 전기저항은 고진공일수록 저항이 증가하였으며, $Bi_2Te_3$와 $Sb_2Te_3$상을 가지고 있었다. 박막의 조성은 기판의 위치에 따라 변화하였고, 원자 번호가 작을수록 위치의 영향이 크고, 반대로 원자번호가 큰 원소는 그 영향이 작았다. 또한 고진공에서 제조된 박막일수록 상대적으로 저진공에 비해 조성의 변화가 적게 나타났다.
In this study, we have fabricated n-type $Bi_2Te_{2.85}Se_{0.15}$ compounds by different processing routes such as crushing, milling and mixing respectively. Subsequently, the obtained powders were consolidated by spark plasma sintering (SPS). The phase crystallinity of bulk samples were identified using X-ray diffraction technique. Powder morphology and fracture surface of bulk samples were observed using the scanning electron microscopy (SEM). The Seebeck coefficient and electrical conductivity values were significantly increased for the milling sample than crushing and mixing samples. As a result, the maximum power factor was obtained $2.4mW/mK^2$, which is thrice than that of crushing process. The maximum figure of merit (ZT) of 0.77 was achieved at 400 K for the milling sample. Furthermore, relatively high hardness and density values were noticed for the different processed samples.
The thermoelectric effect, which converts waste heat into electricity, holds promise as a renewable energy technology. Recently, bismuth telluride (Bi2Te3)-based alloys are being recognized as important materials for practical applications in the temperature range from room temperature to 500 K. However, conventional sintering processes impose limitations on shape-changeable and tailorable Bi2Te3 materials. To overcome these issues, three-dimensional (3D) printing (additive manufacturing) is being adopted. Although some research results have been reported, relatively few studies on 3D printed thermoelectric materials are being carried out. In this study, we utilize extrusion 3D printing to manufacture n-type Bi1.7Sb0.3Te3 (N-BST). The ink is produced without using organic binders, which could negatively influence its thermoelectric properties. Furthermore, we introduce graphene oxide (GO) at the crystal interface to enhance the electrical properties. The formed N-BST composites exhibit significantly improved electrical conductivity and a higher Seebeck coefficient as the GO content increases. Therefore, we propose that the combination of the extrusion 3D printing process (Direct Ink Writing, DIW) and the incorporation of GO into N-BST offers a convenient and effective approach for achieving higher thermoelectric efficiency.
The recent rise in applications of thermoelectric materials has attracted interest in studies toward the fabrication of thermoelectric materials using mass production techniques. In this study, we successfully fabricate n-type $Bi_2Te_{2.7}Se_{0.3}$ material by a combination of mass production powder metallurgy techniques, gas atomization, and spark plasma sintering. In addition, to examine the effects of hydrogen reduction in the microstructure, the thermoelectric and mechanical properties are measured and analyzed. Here, almost 60% of the oxygen content of the powder are eliminated after hydrogen reduction for 4 h at $360^{\circ}C$. Micrographs of the powder show that the reduced powder had a comparatively clean surface and larger grain sizes than unreduced powder. The density of the consolidated bulk using as-atomized powder and reduced atomized powder exceeds 99%. The thermoelectric power factor of the sample prepared by reduction of powder is 20% better than that of the sample prepared using unreduced powder.
The Pb-Ag-Bi-S system minerals such as galena-matildite solid solutions, cosalite and heyrovskyite occur in the Nakdong As-Bi deposits. Galena-matildite solid solutions commonly coexisting with native bismuth fill in microfractures of pyrite grains and form irregular shapes. Cosalite forms composite grains including native bismuth, heyrovskyite and Bi-Te-S system minerals in the matrix of quartz vein. Matildite from the Nakdong deposits has an end member composition, $Ag_{1.07-1.11}Bi_{1.12-1.20}S_2$, and an excess concentration of $0.3{\sim}2.4$ mole % $Bi_2S_3$ compared to the stoichiomeoic value. PbS concentrations in $PbS-AgBiS_2$ solid solutions do not exceed 54 mole %. The average chemical composition of cosalite in the study area is $Pb_{1.79}Bi_{2.29}Ag_{0.12}S_5$. Pb is slightly depleted compared to the ideal composition, but the concentrations of Ag and Cu reach as much as 1.47 wt.% and 0.27 wt.%, respectively. Heyrovskyite has the chemical formula of $Pb_{5.01}Ag_{0.26}Bi_{2.70}S_9$ suggesting that there occurs the coupled substitution of $2Bi^{3+}$ for $3Pb^{2+}$ as well as that of $Ag^++Bi^{3+}$ for $2Pb^{2+}$. The genetic condition of Pb-Ag-Bi-S system minerals can be confined to the temperature of $220{\sim}270^{\circ}C$ and the pressure below 200 bars.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.170.1-170.1
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2016
$Bi_2Te_3$ has long been studied for its excellent thermoelectric characteristics. Recently, this material has been known as a topological insulator (TI). The surface states within the bulk band gap of a TI, which are protected by the time reversal symmetry, contribute to the conduction at the surface, while the bulk is in insulating state. In contrast to the bulk defects tuning the chemical potential to the Dirac energy, the native defects near the surface are expected not to change the shape of the Fermi surface and the related spin structure. Using scanning tunneling microscopy (STM), we have systematically characterized surface or near surface defects in p- and n- doped $Bi_2Te_3$, and identified their structure by first principles calculations. In addition, bias-polarity dependences of STM images revealed the electron donor/acceptor nature of each defect. A detailed theoretical study of the surface states near the Dirac energy reveals the robustness of the Dirac point, which verifies the effectiveness of the disturbance on the backscattering from various kinds of defects.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2001.11a
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pp.29-29
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2001
열전재료는 열전현상을 가지고 있어 열전발전과 열선냉각이 가능하기 때분에 해저용, 우주용, 군사용의 특수 전원으로 이미 실용화되어있고, 반도체, 레이저 다이오드, 적외선 검출소자 등의 냉각기로 쓰여지고 있어 많은 연구자들이 이들 재료에 대한 연구에 관을 갖고 열전특성을 향상시키기 위하여 많은 연구를 진행하고 있다 이들 열전재료는 사용 온도구역에 따라 3종류로 구분하고 있으며, 실온부근의 저온 영역(20$0^{\circ}C$)이하에서는 $Bi_2Te_3$계 재료, 중온영역(20$0^{\circ}C$~50$0^{\circ}C$)에서sms (Pb,Ge) Te계 재료, 고온영역(50$0^{\circ}C$~lOoo$^{\circ}C$)에서는 Si-Ge계 Fe Si계 재료가 이용되고 있다. 본 연구에서는 실온에서 성능지수가 높은 Bi_2(Te,Se)_3$에 대한 연구를 진행하였다. Bi_2(Te,Se)_3$계 열전재료는 기존의 공법인 Zone melting법을 이용하는 경우 성능지수가 높으나, 단위정이 Rhombohedral 구조파 기저면(basal plane)에 벽개성이 있는 관계로 재료의 적지 않은 손실과 가공상의 어려움이 있다. 또한 사료전체에 걸쳐 화학적으로 균질한 고용체를 얻는 것도 어려운 문제점으보 부각되고 있디 따라서 이와같은 문제점을 보완하기 위하여 용질원자의 편석감소, 고용도의 증가, 균일 고용체 형성, 결정립의 미세화등의 장점이 있는 급속응고법을 본 연구에 응용하였다. 본 연구에서는 위에서와 같은 급속응고의 장점과 대량 가공이 능늪한 연간압출공정을 이용하여 제조된 분말을 성형화 하였다. 특히 열간압출 가공에 있어서 압축다이 각 변화는 재료의 소성유동에 매우 중요한 역하을 하게되며, 이와 갇은 소성유동은 본 재료의 열전특성에 중요한 영향을 미치는 C 면 배양에 중요한 역할을 한 것으 로 기대된다. 이에 본 연구에서는 압출다이 각도 변화에 따른 미세조직변화와 이들 조직이 강도와 열전특성에 미치는 영향을 석하고자 한다. 압출재의 미세조직은 XRD(X Ray Diffraction), SEM(Scanning Electron Microscopy)으로 분석하였으며, 열전특성인 Seebeck계수($\alpha$)와 전기비저항( $\rho$ )은 열전측정장치로, 기계적 강도는 MTS장비를 이용하여 이루어졌다. 또한 압축다이각도 변화에 따른 결정방위 해석은 모노크로미터가 장착된 X RD장비감 이용하여 분석되었다.
The effective mean free path model was adopted to examine the thickness effect on the thermoelectric properties of flash-evaporated n-type $Bi_2Te_{2.4}Se_{0.6}$ thin films. Annealing effects on the electron concentration and mobility were also studied, and their variations were analyzed in conjunction with antisite defects. Seebeck coefficient and electrical resistivity versus inverse thickness showed a linear relationship, and the mean free path was found to be $5120\AA$ Electron mobility was increased by annealing treatment and electron concentration was decreased considerably due to reduction of antisite defects, so that electrical conductivity was decreased and Seebeck coefficient was increased. When annealed at 473k for 1 hour, Seebeck coefficient and electrical conductivity were $-200\;\mu V/k\;and\;510\omega^{-1}cm^{-1}$, respectively. Therefore, the thermoelectric power factor was improved to be $20\times10^{-4}\;W/(mK^2)$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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