고온가압 소결로 제조된 Bi-Te계 열전재료의 Cu 첨가에 따른 미세구조분석

초록

열전소재는 열을 전기에너지로 직접 변환시킬 수 있는 소재로서 최근 주목 받고 있는 에너지 하베스팅과 더불어 많은 연구가 진행되고 있다. 무차원 성능지수 ZT=S2st/k로 평가되는 열전 특성, 특히 포논(phonon) 열전도도는 소재의 미세구조(결정형태, 결정립 크기 및 결함 등)와 밀접한 관련이 있다. 실제로 열전소재의 양산화를 위해서는 균일한 나노조직을 갖는 리본제작, 소결 공정을 통해 최적표준성능지수를 갖는 것이 중요하다. Bi-Te계 열전 재료는 특히 상온에서 우수한 효율을 보이나 깨지기 쉬운 단점이 있다. 이를 개선함과 동시에 열전특성을 향상시키기 위해 Cu와 같은 금속 원소를 도핑하는 방법들이 시도 되고 있다. 본 연구에서는 Cu 유무에 따른 Bi-Te계 열전재료를 연구하고자 하였으며, 용해-급냉응고(rapid solidification process; RSP)-소결공정으로 제작된 소결체의 미세조직을 OM, XRD 및 SEM을 통해 관찰하였다. 또한 Cu 첨가에 따른 미세구조의 원자스케일 변화를 관찰하기 위해서 TEM을 활용하였고, 이를 토대로 Cu 유무에 따른 미세구조 차이가 성능에 어떠한 영향을 끼치는지 논의하고자 한다. (본 연구는 2018년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-현장맞춤형 이공계 인재양성 지원사업의 지원을 받아 수행된 연구임)