p형 Bi0.5Te3Sb1.5 소결체에 있어서 분말 혼합비가 열전특성에 미치는 영향

초록

Bi2Te3계 화합물은 원자들이 -Te(1)-Bi-Te(2)-Bi-Te(1)- 순서로 c축에 수직하게 적층되어 있고 이것이 세 번 반복된 구조를 하고 있다. 이 화합물은 분말 제조과정 중 van der Waals 결합을 하고 있는 -Te(1)-Te(1)- 면을 통해 쪼개어지고 제조된 분말은 얇은 판상 형태를 지닌다. hot press와 같이 일축 가압할 경우 판상들이 적층된 형태로 소결이 이루어지고 가압방향에 수직인 방향으로 열전특성이 우수하다. 본 연구에서는 방향성을 향상시키기 위해 200～300㎛ 크기의 매우 큰 분말을 사용하여 p형 Bi0.5Te3Sb1.5 소결체를 제조하였다. 또한 큰 분말들 사이에 존재하는 기공들을 없애기 위해 45㎛ 이하의 분말들을 0～40%까지 혼합하였다. 200～300㎛의 분말로만 소결한 시료에서는 매우 크고 많은 기공들이 관찰되었고, 작은 분말의 비율이 증가함에 따라서 기공의 크기 및 양은 감소하여 20% 이후부터는 거의 존재하지 않았다. 열전능은 혼합비에 상관없이 일정한 값을 나타내었고 이것은 캐리어 농도의 변화가 없었음을 의미한다. 비저항은 작은 분말의 비율이 증가함에 따라 감소하여 20%일 때 1.05×10-5Ωm로 가장 낮은 값을 보이다가 다시 증가하였다. 비저항이 다시 증가하는 이유는 방향성 감소 및 particle boundary 증가에 의한 캐리어 이동도의 감소가 그 원인으로 사료된다. 성능지수는 작은 분말의 비율이 20%일 때 2.89×10-3/K로 가장 높은 값을 얻을 수 있었다.