소개
열전 애플리케이션의 경우 비스무트 텔루라이드, 플럼 텔루라이드, 스커터루다이트와 같은 다양한 소재가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어 자동차나 화력발전소 등에서 경제적으로 사용하려면 열전 시스템의 높은 효율이 필요합니다. 이는 소위 열효율지수(ZT)로 표시됩니다. 높은 시벡 계수 및 높은 전기 전도도와 함께 낮은 열전도율도 필요합니다. 조사의 목적은 음성 기여도를 줄이고 열전도도의 전자 기여도를 높이는 것입니다. 이는 예를 들어 도핑 또는 구조적 조건의 설정(표적 포논 산란)을 통해 실현할 수 있습니다.
실험적
열전도도 측정은 두께 2~3mm, 직경 12.6mm의 디스크형 시료에 대해 LFA 457 MicroFlash® (그림 1)을 사용하여 수행했습니다. 샘플의 앞면은 평행했습니다.
결과 및 토론
그림 2는 Bi0,5Sb1,5Te3 (P-38)의 열용량, 열확산도 및 열전도율을 나타낸 것입니다. 비열은 온도가 증가함에 따라 약간의 증가만 보입니다. 열확산성은 온도가 증가함에 따라 저온 범위에서 감소하고 고온에서 크게 증가합니다. 저온에서 이것은 잘 알려진 1/T 의존성을 가진 단순한 음성 도체의 거동에 해당합니다[1]. 고온에서는 온도가 증가함에 따라 반도체 물질에서 점점 더 많이 형성되는 자유 전자/정공의 기여도가 지배적입니다. 열전도도는 비열 용량의 낮은 온도 의존성으로 인해 이러한 추세를 따릅니다.
그림 3은 P-38(Bi0,5Sb1,5Te3)과 N38(Bi2Se0,2Te2,8)의 p 전도성 및 n 전도성 층의 열전도도 비교를 보여줍니다. 150°C에서 두 소재의 열전도율은 거의 동일합니다. 실온까지 N-38의 열전도율 감소는 P-38에 비해 더 낮습니다. P-38의 경우 열전도율의 음성 기여도가 더 크게 감소할 수 있습니다.
고온에서 열전도율의 증가는 두 재료 모두 거의 동일합니다. 따라서 전자/정공 기여도는 두 물질 모두 동일하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 두 경우 모두 비교적 낮은 열전도율이 확인되었습니다. 더 높은 온도에서 강한 증가는 높은 전기 전도도를 의미할 수 있으며, 이러한 재료의 높은 전기 전도도(ZT)를 가정할 수 있습니다.
요약
다양한 열전 재료의 열물리학적 특성을 조사하기 위해 레이저 플래시 시스템을 사용했습니다. 레이저 플래시 방법은 열전 재료의 최적화(낮은 격자 전도도 및 높은 ZT 값)와 열 확산도, 비열 용량 및 열 전도도의 직접 측정에 적합하다는 것을 입증할 수 있었습니다. LFA 457 MicroFlash® 을 통해 열전 재료의 최적 구조와 구성에 대한 결론을 도출할 수 있습니다.