• 대한기계학회논문집B
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• 제37권3호
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• pp.243-248
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• 2013

내연기관은 연료로 공급되는 에너지의 30~40%만을 동력에너지로 전환되고 나머지 60~70%는 손실에너지와 배기에너지로 버려지게 된다. 따라서 배기에너지를 회수한다면 기계적 에너지 또는 전기적 에너지로 변환시킬 수 있다. 열전발전기는 배기관에 위치하여 고온 열원과 저온 열원 사이에 온도차를 이용한다. 두 열원 사이에 온도차를 이용하여 전기적 에너지를 발생시켜 동력 에너지 등 여러 에너지로 변환 가능하다. 이 논문에서는 이러한 열전발전기의 특성을 예측하기 위해 수치해석을 통하여 여러 조건에 따른 열전발전기 특성을 예측하였다. 수치해석 결과 고온 열원과 저온 열원 간의 온도 차이가 클수록 발생하는 전력 역시 증가하는 것을 알 수 있었다.

• 열처리공학회지
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• 제31권3호
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• pp.135-142
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• 2018

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.

• 공업화학
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• 제27권4호
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• pp.353-357
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• 2016

인구 증가와 문명 발전에 따른 에너지 고소비형 사회로 진행됨에 따라 기존에 사용하던 에너지원의 고효율화 방안이 강구되고 있다. 이 중 열에너지 고효율화 방안으로 열전발전 기술이 주목을 받고 있다. 현재 열전발전 분야는 나노기술 등이 발전함에 따라 폐열회수 분야 등에서 충분한 경쟁력을 가질 수 있는 ZT > 2를 도달하였고, 더 높은 효율을 갖는 소재 개발 연구가 진행되고 있다. 본 총설에서는 현재 진행되고 있는 온도영역별 열전발전 소재 개발 및 모듈기술에 대해 간략히 소개하고자 한다.

• 한국재료학회지
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• 제20권6호
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• pp.326-330
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• 2010

$CoSb_3$ Skutterudites materials have high potential for thermoelectric application at mid-temperature range because of their superior thermoelectric properties via control of charge carrier density and substitution of foreign atoms. Improvement of thermoelectric properties is expected for the ternary solid solution developed by substitution of foreign atoms having different valances into the $CoSb_3$ matrix. In this study, ternary solid solutions with a stoichiometry of $Co_{1-x}Ni_xSb_3$ x = 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, $CoSb_{3-y}Te_y$, y = 0.1, 0.2, 0.3 were prepared by the Spark Plasma Sintering (SPS) system. Before the SPS synthesis, the ingots were synthesized by vacuum induction melting and followed by annealing. For phase analysis X-ray powder diffraction patterns were checked. All the samples were confirmed as single phase; however, with samples that were more doped than the solubility limit some secondary phases were detected. All the samples doped with Ni and Te atoms showed a negative Seebeck coefficient and their electrical conductivities increased with the doping amount up to the solubility limit. For the samples prepared by SPS the maximum value for dimensionless figure of merit reached 0.26, 0.42 for $Co_{0.9}Ni_{0.1}Sb_3$, $CoSb_{2.8}Te_{0.2}$ at 690 K, respectively. These results show that the SPS method is effective in this system and Ni/Te dopants are also effective for increasing thermoelectric properties of this system.

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.180-185
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• 2006

[ $Bi_{0.5}Sb_{1.5}Te_{3}/Bi_{2}Te_{2.4}Se_{0.6}$ ]계 박막형 열전발전 소자에 의해 volt 단위의 비교적 고전압에서 microwatt 수준의 출력을 발생시킬 수 있었다. 최대 출력은 온도차와 2차 함수적인 관계가 있었고, 주어진 온도차에서 판형 모듈의 적층수에 비례하여 증가하였다. 판형 모듈의 적층수와 직렬/병렬 연결 조합의 변화에 의해 출력 전압과 전류를 조절할 수 있었다. 온도차에 대한 개회로 전압과 폐회로 전류의 변화는 직선성을 보였다. 개회로 전압은 직렬 연결의 경우 판형 모듈의 수에 의존하였지만, 병렬 연결의 경우에는 의존하지 않았다. 반면, 폐회로 전류는 직렬연결의 경우 판형 모듈의 적층수와 무관하게 일정한 값을 나타내었고, 병렬 연결의 경우 판형 모듈의 적층수에 비례하여 증가하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.167-167
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• 2003

현대 산업이 발전함에 따라 전자부품의 초소형화, 고성능화가 요구되어지고 있으며, 이러한 점에 부응하기 위하여 Pottier 효과를 이용하여 국부냉각이 가능한 열전재료에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 열전재료에는 사용온도 영역에 따라 여러 종류가 있지만, Bi-Te계 열전재료는 상온영역에서 가장 성능지수(Z=$\alpha$$^2$$\sigma$/$textsc{k}$, $\alpha$는 Seebeck 계수, $\sigma$는 전기전도도, $textsc{k}$는 열전도도)가 높아 각종 냉각소자로서 사용되어 지고 있다. 하지만, 초소형 전자부품의 국부냉각을 위해서는 성능지수의 향상, 특히, 저온 영역에서의 성능지수의 향상이 요구되고 있다. 본 연구에서는 Bi-Te계 열전재료의 성능지수를 향상시키기 위하여, 열전도도의 저하에 의한 성능지수의 향상을 연구목적으로 하였다 열전도도는 전자에 의한 열전도도(K$_{e}$)와 phonon에 의한 열전도도(K$_{p}$)로 이루어지며, 전기전도도에 큰 영향을 미치지 않는 결정립 사이즈영역에서 결정립의 크기를 미세화 하면, 결정입계에서의 phonon의 산란이 증가하여 phonon에 의한 열전도도를 저하시킴으로서 성능지수의 향상이 기대된다. 따라서 본 연구에서는 나노사이즈 분말의 제조에 많이 이용되며 입자크기의 조절이 용이한 공침법을 이용하여 Bi-Te계 열전재료 분말을 제조하고 열전재료에의 적용가능성을 검토하였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.1135-1140
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• 2008

Bismuth-telluride based thin film materials are grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition(MOCVD). A planar type thermoelectric device has been fabricated using p-type $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ and n-type $Bi_2Te_3$ thin films. Firstly, the p-type thermoelectric element was patterned after growth of $4{\mu}m$ thickness of $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ layer. Again n-type $Bi_2Te_3$ film was grown onto the patterned p-type thermoelectric film and n-type strips are formed by using selective chemical etchant for $Bi_2Te_3$. The top electrical connector was formed by thermally deposited metal film. The generator consists of 20 pairs of p- and n-type legs. We demonstrate complex structures of different conduction types of thermoelectric element on same substrate by two separate runs of MOCVD with etch-stop layer and selective etchant for n-type thermoelectric material. Device performance was evaluated on a number of thermoelectric devices. To demonstrate power generation, one side of the sample was heated by heating block and the voltage output measured. As expected for a thermoelectric generator, the voltage decreases linearly, while the power output rises to a maximum. The highest estimated power of $1.3{\mu}W$ is obtained for the temperature difference of 45 K. we provide a promising procedure for fabricating thin film thermoelectric generators by using MOCVD grown thermoelectric materials which may have nanostructure with high thermoelectric properties.

• 한국분말재료학회지
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• 제13권5호
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• pp.313-320
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• 2006

The present study is to analyze the thermoelectric properties of $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ thermoelectric materials fabricated by the mechanical grinding process. The $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ powders were prepared by the combination of mechanical milling and reduction treating methods using simply crushed pre-alloyed $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ powder. The mechanical milling was carried out using the tumbler-ball mill and planetary ball mill. The tumbler-ball milling had an effect on the carrier mobility rather than the carrier concentration, whereas, the latter on the carrier concentration. The specific electric resistivity and Seebeck coefficient decreased with increasing the reduction-heat-treatment time. The thermal conductivity continuously increased with increasing the reduction-heat-treatment time. The figure of merit of the $Bi_{0.4}Sb_{1.6}Te_3$ sintered body prepared by the mechanical grinding process showed higher value than one of the sintered body of the simply crushed powder.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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• pp.141-142
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• 2006

Thermoelectric properties and microstructures of $Sr_{8-x}Ba_xGA_{16}Ge_{30}$ alloys fabricated by the arc-melting method were investigated. The alloys with the nominal composition of $Sr_8Ga_{16}Ge_{30}$ and $Ba_8Ga_{16}Ge_{30}$ were the single-phase alloys, while those of $Sr_4Ba_4Ga_{16}Ge_{30}$ and $Sr_2Ba_6Ga_{16}Ge_{30}$ were two-phases alloys. Electrical resistivity and the Seebeck coefficient for both two-phases alloys were higher in magnitude than those of the single-phase alloys between room temperature and 873K The thermal conductivities for both two-phase alloys were reduced with respect to those of the single-phase alloys in the whole temperature range. The maximum values of ZT for $Sr_4Ba_4Ga_{16}Ge_{30}$ and $Sr_2Ba_6Ga_{16}Ge_{30}$ were achieved with the values of 0.69 at 753K and 0.51 at 754K, respectively, while those of $Sr_8Ga_{16}Ge_{30}$ and $Ba_8Ga_{16}Ge_{30}$ were 0.86 at 758K and 0.76 at 943K, respectively.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.48.2-48.2
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• 2011

열전재료는 열과 전기에너지의 상호 변환이 가능한 재료로 이를 이용한 응용제품의 개발이 크게 주목을 받고 있으며, 특히 $Bi_2Te_3$계 합금의 경우 상온에서 가장 우수한 성능지수를 가지는 재료로 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존의 $Bi_2Te_3$계 합금은 일방향응고법으로 제조되어 많은 시간과 비용을 필요로 하고, 특히 C축의 Van der Waals 결합으로 인해 기계적 강도가 약하다는 단점이 있었다. 최근 분말야금법을 이용하여 기계적강도를 높이고, 격자산란에 의한 열전도도의 감소로 성능지수를 높일수 있는 방법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 급속응고공정인 가스분무법을 이용하여 n-type의 $95%Bi_2Te_3-5%Bi_2Se_3$분말을 제조하였고, 이 재료의 경우 성형조건에 따라 조직이 쉽게 변하기 때문에 이를 제어하기 위해 단시간동안 고압으로 성형가능한 자기펄스압축성형법(Magnetic Pulsed Compaction)을 이용하여 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체는 밀도를 증가시키고 결정립성장을 억제시킬수 있는 방전플라즈마소결법(Spark Plasma Sintering)을 이용하여 소결체로 제조되었으며, 각각의 공정이 열전성능에 미치는 영향을 고찰하였다. OM (Optical Microscope) 및 SEM (Scaning Electric Microscope)을 이용하여 미세구조를 관찰하였고 XRD (X-Ray Diffraction)를 이용하여 상의 변화를 분석하였으며, 상온에서 경도를 측정함으로서 공정조건에 따른 기계적강도를 비교하였다. Seebeck계수는 시편의 양단에 온도차를 주어 발생하는 기전압을 측정하여 계산하였고, 전기비저항은 4point probe방법으로 측정하였다. 전하이동도 및 전하농도는 Hall측정으로부터 구하였고 열전도도를 측정하여 종합적인 열전성능을 평가하였다.