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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박용호
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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본 연구는 상온용 열전재료인 n형의 Bi-Te계 열전재료를 합성하여 물성향상을 위해 Cu 도펀트를 첨가하여 각 조성에 따른 열전특성을 조사하고, Cu를 도핑하는 방법에 따라 열전특성에 미치는 영향에 대하여 조사한 것이다.
n형 Bi2Te3계 재료는 p형 재료에 비해 낮은 성능지수를 나타내고, 열전특성이 조성과 캐리어 농도에 민감하게 변하기 때문에, n형 재료의 조성 및 캐리어 농도 최적화를 통한 성능지수 향상에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Cu 도핑을 통한 캐리어 농도 최적화로 n형 Bi2Te3계 재료의 열전성능을 향상시키고자 하였으며 화학적,기계적 도핑방법이 열전특성에 미치는 영향을 연구하였다.
Cu가 도핑된 n형의 열전분말을 SPS소결을 통해 소결체를 제조하여 캐리어 농도를 측정하고 제벡계수, 전기비저항, 열전도도를 측정하여 무차원 성능지수를 구하였다.
그 결과, Cu 도펀트의 함유량이 증가할수록 캐리어 농도가 감소하여 제벡계수가 증가하였으며, 열전도도가 감소하였다. 화학적방법으로 도핑한 경우 373K에서 Cu0.1Bi1.9Se0.3Te2.7의 조성에서 1.22의 성능지수를, 기계적방법으로 도핑한 경우 373K에서 같은 조성일 때 0.56의 성능지수를 나타내었다. 이러한 결과로 보아 n형의 열전소재가 Cu 도펀트를 통해 성능지수가 향상됨을 알 수 있었다. 또한 도펀트의 첨가방법 차이에 의해 성능지수가 크게 좌우됨을 알 수 있었으며, 화학적 도핑방법에서 열전성능이 크게 향상된 것을 알 수 있었다.
n형 Bi2Te3계 재료는 p형 재료에 비해 낮은 성능지수를 나타내고, 열전특성이 조성과 캐리어 농도에 민감하게 변하기 때문에, n형 재료의 조성 및 캐리어 농도 최적화를 통한 성능지수 향상에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Cu 도핑을 통한 캐리어 농도 최적화로 n형 Bi2Te3계 재료의 열전성능을 향상시키고자 하였으며 화학적,기계적 도핑방법이 열전특성에 미치는 영향을 연구하였다.
Cu가 도핑된 n형의 열전분말을 SPS소결을 통해 소결체를 제조하여 캐리어 농도를 측정하고 제벡계수, 전기비저항, 열전도도를 측정하여 무차원 성능지수를 구하였다.
그 결과, Cu 도펀트의 함유량이 증가할수록 캐리어 농도가 감소하여 제벡계수가 증가하였으며, 열전도도가 감소하였다. 화학적방법으로 도핑한 경우 373K에서 Cu0.1Bi1.9Se0.3Te2.7의 조성에서 1.22의 성능지수를, 기계적방법으로 도핑한 경우 373K에서 같은 조성일 때 0.56의 성능지수를 나타내었다. 이러한 결과로 보아 n형의 열전소재가 Cu 도펀트를 통해 성능지수가 향상됨을 알 수 있었다. 또한 도펀트의 첨가방법 차이에 의해 성능지수가 크게 좌우됨을 알 수 있었으며, 화학적 도핑방법에서 열전성능이 크게 향상된 것을 알 수 있었다.
목차
제 1 장 서론 1제 2 장 이론적 고찰 62.1 열전현상 62.1.1 seebeck효과 62.1.2 peltier 효과 102.1.3 Thomson 효과 122.1.4 열전 성능 지수 162.2 Bi-Te계 열전재료 202.2.1 Bi-Te계 열전재료의 특징 202.2.2 Bi-Te계 n형 열전재료의 특징 212.2.3 Bi-Te계 n형 열전재료에 대한 도핑 효과 24제 3 장 실험 방법 263.1 CuxBi(2-x)Se0.3Te2.7열전분말 합성 263.2 CuxBi(2-x)Se0.3Te2.7 열전분말 소결 323.3 CuxBi(2-x)Se0.3Te2.7 소결체의 밀도 측정 323.3 CuxBi(2-x)Se0.3Te2.7 소결체의 열전특성평가 33제 4 장 실험 결과 및 고찰 374.1 Cu 도핑한 열전분말의 특성 374.1.1 열전분말의 형상 374.1.2 열전분말의 ICP 분석 384.1.3 열전분말의 X-선 회절 분석 384.2 Cu 도핑한 소결체의 특성 424.2.1 소결체의 밀도 424.2.2 소결체의 파단면 Cu 분산도 454.2.3 소결체의 캐리어농도 및 이동도 474.2.4 소결체의 Seebeck coefficient 484.2.5 소결체의 power factor 494.2.6 소결체의 열전도도 534.2.7 소결체의 성능지수 56제 5 장 결 론 59참고문헌 60Abstract 63
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