- 작성일
- 2023.11.15
- 수정일
- 2023.11.17
- 작성자
- 물리학과
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- 27
강경완 졸업생, 고특성 산화물 열전소재 제작법 논문 발표 및 우수논문상 수상
강경완 졸업생(부산대 학/석사 졸업)이 고특성 산화물 열전소재로 각광을 받고 있는 바륨계 산화 코발트를 자립형 단결정 박막 형태로 제작하였다. 이 연구는 ACS Applied Electronic Materials 학술지에 최근 발표되었다(논문명: Fabrication and Thermoelectric Properties of Freestanding Ba1/3CoO2 Single-Crystalline Films, 링크: https://pubs.acs.org/doi/full/
그림. (a) 자립형 Ba1/3CoO2 박막 제조 과정, (b) 에피텍셜 Ba1/3CoO2 박막(~600 nm 두께)의 사진 (c) 40 oC 박막에서 분리되어 박막이 물 표면에 떠 있는 모습. (d) 유리 기판으로 전사한 자립형 Ba1/3CoO2 박막
열전소자 에너지 변환 기술은 폐열을 활용하여 에너지를 얻는 수단으로서 중요한 관심을 받고 있으며, 폐열을 전기로 변환하기 위해 Seebeck 효과를 활용합니다. 열전 산화물 소재들은 우수한 화학적 및 열안정성을 가지며 인체에 무해한 특성을 제공하므로 칼코젠화물 기반 열전소재와 구별됩니다. 산화물 열전소재 중에서도 주목할 만한 후보 중 하나는 계층 구조를 갖는 Ba1/3CoO2입니다. 이 소재는 표준 조건에서 평면 방향에서 측정될 때 600 °C에서 0.55의 높은 열전 변환 효율을 (figure of merit, ZT) 나타냅니다. 이 ZT 값은 대기상태 측정 중에서 가장 높은 수치를 나타내며, 또한 600 °C에서 평가될 때 PbTe 및 SiGe와 같은 유명한 p-type 열전소재와 비슷한 수준에 위치합니다. Ba1/3CoO2를 실제 응용에 활용하기 위해서는 세라믹이나 단결정 형태로 제작해야 합니다. 본 연구는 Ba1/3CoO2 단결정 박막을 제작하기 위한 새로운 접근 방식을 제시합니다. Ba1/3CoO2 에피텍셜 박막을 기판에서 섬세하게 분리하여 자립형 단결정 박막 제작에 성공했습니다(그림 참조). 이 과정은 Ba1/3CoO2 에피텍셜 박막을 YSZ 기판 위에 성장하고, 40°C의 뜨거운 물에 몇 분 동안 담그면, Ba1/3CoO2 에피텍셜 박막은 기판에서 자연스럽게 분리되어 물 표면에 떠 다닙니다, 마치 해조류와 같습니다. 박리 과정 이전과 이후의 결정 구조, 화학 조성 및 열전변환 특성을 철저히 분석했을 때 모든 물성이 거의 일치합니다. 이 연구 결과는 열전소자 응용에 특별히 맞춤 화된 산화물 단결정 박막을 생산하기 위한 실용적인 방법을 제공하는 가치 있는 발전입니다.
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