• 한국표면공학회지
• /
• 제50권2호
• /
• pp.114-118
• /
• 2017

Bismuth telluride ($Bi_2Te_3$) and its alloys are well-known thermoelectric materials for ambient temperature applications. In this study, the dissolved Bi-Te precursor solution was used to synthesis metallic $Bi_2Te_3$ powder via ultrasonic spray pyrolysis and reduction process. The droplets of the Bi-Te precursor solution were decomposed to Bi-Te oxide powders by ultrasonic spray pyrolysis. The spherical $Bi_2Te_3$ powders were synthesized by reduction reaction in atmosphere of hydrogen gas at the temperature above $375^{\circ}C$ for 6h. The reduced $Bi_2Te_3$ powders have a mean particle size of $1.5{\mu}m$. The crystal structure of the powder was evaluated by X-Ray diffraction(XRD), and the microstructure with size and shape powders was observed by fieldemission scanning electron microscope(FE-SEM) and transmission electron microscope(TEM).

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.166-166
• /
• 2003

경제적 효율의 발전을 원칙으로 하는 종래의 틀을 넘어서서 환경공생형의 새로운 에너지 시스템의 개발에 대한 요구가 증대되어 지고 있다. 이러한 시대적 흐름에 부응하는 여러 가지 신재료의 개발에 관한 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서 전기를 열로 열을 전기로 변환 시킬 수 있어서 폐열의 이용 및 전자냉각기술 등에 이용 가능한 열전변환재료가 커다란 기대를 모으고 있다. 열전재료는 사용온도 영역에 따라 여러 가지 재료가 개발되어 지고 있으며, 현재 상온부근 및 저온영역에서 응용 가능한 재료로써 Bi$_2$Te$_3$계 고용체에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 예를 들어, Bi$_2$Te$_3$ 고용체에서 Bi를 Sb으로 치환한 p-type의 (Bi,Sb)$_2$Te$_3$ 고용체와 Te을 Se으로 치환한 n-type의 Bi$_2$(Te,Se)$_3$ 고용체에 관한 연구가 이루어지고 있다. 최근 들어 Kutasov등은 종래에 P-type의 열전재료로써 높은 특성을 나타내는 것으로 알려진(Bi,Sb)$_2$Te$_3$ 고용체가 Sb의 치환량과 Te의 도핑량을 잘 조절하면 n-type의 높은 열전 특성을 나타낸다고 보고하였다. 본 연구에서는 과잉으로 첨가된 Te이 n-type (Bi,Sb)$_2$Te$_3$ 고용체에 미치는 영향을 보다 체계적으로 조사하기 위한 기초단계의 연구로써 Te을 0-0.9at.%로 과잉 첨가하여 제조한 고용체 및 소결체의 미세구조에 관하여 조사하였다.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
• /
• 한국결정성장학회 1996년도 제11차 KACG 학술발표회 Crystalline Particle Symposium (CPS)
• /
• pp.311-352
• /
• 1996

Peltier 효과를 이용한 열전소자는 열응담 감도가 좋고 선택적 냉각이 가능하며 무소음, 무진동 및 소형화의 장점으로 각종 전자부품의 국부냉각소자로 응용되고 있다. 또한 최근 냉매의 사용없이 냉각이 가능한 열전재료를 이용한 자동차나 가정용 에어컨 및 냉장고 등의 각종 냉방시스템의 개발도 크게 주목을 받고 있다. 기존의 Bi2Te3계 단결정 열전재료는 성능지수는 우수하나, 기계적 취약성에 기인하여 소자가공시 수율 저하가 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 단결정에 비해 기계적 강도가 우수한 다결정 열전재료의 제조공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 그 일환으로 기계적 합금화법을 이용한 열전재료의 제조공정이 연구되고 있다. 원료금속이 고 에너지 볼-밀 내에서의 연쇄적인 파괴와 압접에 의해 합금분말로 변화되는 기계적 합금화 공정은 상온공정으로 이를 사용하여 다결정 열전재료를 제조시 기존의 다결정 열전재료의 제조공정인 "용해 및 분쇄법'과 비교하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 전자냉각소자용 열전재료로서 상온부근에서 성능지수가 가장 우수한 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3 합금분말을 기계적 합금화 공정으로 제조하여 분말 특성을 분석하였으며, 가압소결 후 열전특성의 변화거동을 연구하였다. 순도 99.99% 이상인 Bi, Sb, Te, Se granule을 (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 조성에 맞게 칭량하여 불과 분말의 무게비 5:1로 강구와 함께 공구강 vial에 장입 후, Spex mixer/mill을 이용하여 기계적 합금화 하였다. 기계적 합금화 공정으로 제조한 분말에 대한 X-선 회절분석과 시차 열분석으로 합금화 정도를 분석하였다. (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말을 10-5 torr의 진공중에서 300℃∼550℃의 온도로 30분간 가압소결하였다. 가압소결체의 파단면에서의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 상온에서 가압소결체의 열전특성을 측정하였다. (Bi1-xSbx)2Te3의 기계적 합금화에 요구되는 공정시간은 Sb2Te3 함량에 따라 증가하여 x=0.5 조성에서는 4 시간 45분, x=0.75 조성에서는 5 시간, x=1 조성에서는 6 시간 45분의 vibro 밀링이 요구되었다. n형 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말의 제조에 요구되는 밀링시간 역시 Bi2Se3 함량 증가에 따라 증가하였으며 Bi2(Te0.95Se0.05)3 합금분말의 제조에는 2시간, Bi2(Te0.9Se0.1)3 및 Bi2(Te0.85Se0.15)3 합금분말의 형성에는 3시간의 bivro 밀링이 요구되었다. 기계적 합금화로 제조한 p형 (Bi0.2Sb0.8)2Te3 및 n형 Bi2(Te0.9Se0.1)3 가압 소결체는 각기 2.9x10-3/K 및 2.1x10-3/K 의 우수한 성능지수를 나타내었다.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제55권8호
• /
• pp.3080-3087
• /
• 2023

Thermoelectric (TE) materials working in radioisotope thermoelectric generators are irradiated by neutrons throughout its service; thus, investigating the neutron irradiation stability of TE devices is necessary. Herein, the influence of neutron irradiation with fluences of 4.56 × 10¹⁰ and 1 × 10¹³ n/cm² by pulsed neutron reactor on the electrical and thermal transport properties of n-type Bi₂Te_2.7Se_0.3 and p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ thermoelectric alloys prepared by cold-pressing and molding is investigated. After neutron irradiation, the properties of thermoelectric materials fluctuate, which is related to the material type and irradiation fluence. Different from p-type thermoelectric materials, neutron irradiation has a positive effect on n-type Bi₂Te_2.7Se_0.3 materials. This result might be due to the increase of carrier mobility and the optimization of electrical conductivity. Afterward, the effects of p-type and n-type TE devices with different treatments on the output performance of TE devices are further discussed. The positive and negative effects caused by irradiation can cancel each other to a certain extent. For TE devices paired with p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ and n-type Bi₂Te_2.7Se_0.3 thermoelectric legs, the generated power and conversion efficiency are stable after neutron irradiation.

• 한국재료학회지
• /
• 제12권12호
• /
• pp.911-917
• /
• 2002

0.5 at% $Na_2$Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te and ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ powders were fabricated by mechanical alloying process. 0.5 at% Na$_2$Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te powders were charged at one end of mold and ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ powders were charged at the other end of a mold. Then these powders were hot-pressed to form p-type ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ functional gradient materials with the segment ratios (the ratio of ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te to ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ ) of 1:2, 1:1, and 2:1. Power generation characteristics of the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ were measured. When the temperature difference ΔT at both ends of the specimen was larger than $300^{\circ}C$, the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ with the segment ratios of 1:2 and 1:1 exhibited larger output power than those of the ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ and 0.5 at% $Na_2$ Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te alloys. The maximum output power of the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ predicted with the measured Seebeck coefficient and the estimated electrical resistivity was in good agreement with the measured maximum output power.

• 한국분말야금학회:학술대회논문집
• /
• 한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
• /
• pp.459-460
• /
• 2006

N-type $Bi_2Te_3-Sb_2Te_3$ solid solutions doped with 1$CdCl_2$ was prepared by melt spinning, crushing and vacuum sintering processes. Microstructure, bending strength and thermoelectric property were investigated as a function of the doping quantity from 0.03wt.% to 0.10wt.% and sintering temperature from $400^{\circ}C$ to $500^{\circ}C$, and finally compared with those of conventionally fabricated alloys. The alloy showed a good structural homogeneity as well as bending strength of $3.88Kgf/mm^2$. The highest thermoelectric figure of merit was obtained by doping 0.03wt.% and sintering at $500^{\circ}C$.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제25권4호
• /
• pp.135-139
• /
• 2015

단결정 ingot 성장기술 중 하나인 traveling heater method(THM) 기술을 이용하여 n형 열전소재인 $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$ 고용체화합물을 성장하였다. 고용체 화합물내 $CdCl_2$와 $SbI_3$을 첨가하여 dopant의 영향을 확인하였고 각각의 dopant의 최적의 첨가량[$CdCl_2$ 0.1 wt%(Z: $2.73{\times}10^{-3}/K$), $SbI_3$ 0.05 wt%(Z: $2.29{\times}10^{-3}/K$)]을 확인하였다. THM 기술을 통해 성장된 ingot의 각 부위별 열전특성을 확인해 본 결과 주요 인자들의 표준편차가 낮은 매우 균질화된 특성을 보였다. 또한 $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$ 고용체화합물의 비등방성 지수와 dopant와의 관계를 확인하기 위하여 $90(Bi_2Te_3)10(Bi_2Se_3)$ 조성의 고용체화합물에 donor dopant로서 $CdCl_2$(0.05~0.1 wt%)을 첨가하여 dopant의 증가에 따른 비등방성 지수의 변화를 확인해본 결과 dopant가 증가함에 따라 비등방성 지수가 변하는 것을 확인하였고 이러한 비등방성 지수의 변화가 실제 열전성능에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국재료학회지
• /
• 제8권5호
• /
• pp.408-412
• /
• 1998

Bi$_{2}$(Te$_{1-x}$Se$_{ x}$)$_{3}$(0.05$\leq$x$\leq$0.25)합금분말을 기계적 합금화 공정으로 제조하여 가압소결 후, $Bi_{2}$Se$_{3}$함량에 따른 열전특성의 변화거동을 분석하였다. 기계적 합금화로 제조한 $ Bi_{2}$(Te$_{1-x}$ $Se_{x}$$_{3}$ 가압소결체는 단결정과는 달리 donor dopant의 첨가없이도 n형 전도를 나타내었다. $Bi_2(Te_{0.85}Se_{0.15})_3$ 합금분말을 (50%H$_{2}$+50% Ar)분위기 중에서 환원처리하여 가압소결시, 분말 효면의 산화층 제거와 과잉 Te 공격자의 소멸에 기인한 전자 농도의 감소로 p형으로 천이되었다. 기계적 합금화로 제조한 $ Bi_{2}$($Te_{1-x}$ $Se_{x}$$_{3}$가압소결체는 x=0.15조성에서 $1.92{\times}10^{-3}$ K의 최대 성능지수를 나타내었다.

• 대한전자공학회논문지
• /
• 제5권3호
• /
• pp.1-8
• /
• 1968

이 열전발전기는 Bi계화합물 반도체 Sb2Te3 및 소량의 불순물을 함유한 ZnSb를 사용하여 실험한 것으로 열기전력 α, 비저항ρ, 열전도율k 및 고온부의 온도차를 측정하였다. 특성은 다른 재료를 사용한 열전발전기보다 Sb2Te3+Bi2Se3와 Bi3Te2+Sb2Te3를 소자로 사용한 경우 효율이 우수하였으며 이의 효율은 1.42%였다.

• 한국분말재료학회지
• /
• 제30권4호
• /
• pp.318-323
• /
• 2023

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 Bi_1.7Sb_0.3Te₃ (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.