금속 칼코겐 화합물의 적층 결함 분석 및 열기전력 특성연구
Characterizaion of stacking faults and thermoelectric properties in metal chalcogenides.
- 주제(키워드) 열전 소재 , 칼코겐화합물 , 적층 결함
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김승주
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011897
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
낭비되는 열을 유용한 전기에너지로 전환하는 열전발전은 재생에너지 분야에서 큰 주목을 받고 있다. 효율이 높은 열전 소재를 제작하기 위해서는 Seebeck 계수와 전기전도도는 크게 하고, 동시에 열전도도는 작게 하여야 한다. 본 연구에서는 두 가지 다른 구조를 가지는 층상 화합물을 혼합하여 인위적으로 stacking fault를 유도하고자 하였다. 이로 인한 구조적 무질서도의 증가가 열전도도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. MoSe2와 TaSe2를 혼합하여 고용체 Mo1-xTax Se2을 합성하였다. SEM을 이용하여 관찰한 결과 각각 0.1≤x≤0.3 의 시편들은 비교적 불규칙적이고 상대적으로 결정성이 좋지 않은 구조를 형성하고 있음을 관찰하였다. XRD에서는 Ta의 양(x)이 증가할수록 2-H구조에서 3-R구조로 변화하는 것을 알 수 있었으며, 두 가지 다른 층상 구조가 혼합되는 과정에서 조성의 일부 시료에서 (h 0 l)의 선폭이 크게 넓어지는 것을 확인할 수 있었다. XRD 피크의 선폭이 가장 넓은 Mo0.8.Ta0.2Se2는 2-H 구조 60%, 3-R구조 40% 비율로 적층되어 있음을DIFFaX simulation을 통해 알 수 있었다. 이러한 적층 비율에서 무질서도가 가장 증가하며, 그로 인해 열 전달이 방해됨으로써 다른 조성에 비해 열 확산계수와 열전도도가 가장 낮아진 것으로 보인다. Seebeck 계수는 Ta의 양(x)이 증가할수록 감소하였으며 x=0.6이상부터는 음의 값을 보였으며, 이것은 p-type에서 n-type으로 carrier의 성질이 바뀌는 것을 의미한다. 파워 펙터와 열 성능지수(ZT) 값은 Mo0.8Ta0.2Se2에서 최대값을 나타낸다. 이러한 방법론은 새로운 열전 재료를 설계하는데 적용할 수 있을 것이며, 이 연구에 서 사용한 DIFFaX 분석법은 여러 가지 나노 구조나 계면 구조 분석•연구에도 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
more초록/요약
Thermoelectric energy harvesting—the transformation of waste heat into useful electricity—is of great interest for energy sustainability. The ideal thermoelectric materials should have large Seebeck coefficient, and high electrical conductivity as well as low thermal conductivity. In this study, we mixed two types of metal chalcogenides with different structure to induce a large amount of stacking faults. Then we investigated the correlation between the structural disorder and the thermal conductivity. MoSe2 and TaSe2 were used as the starting materials. and the samples were prepared in the proportion of Mo1-xTaxSe2 (0≤x≤1). SEM images revealed that the samples in the range of 0.1≤x≤0.3 showed poor crystallinity. The solid solution, Mo1-xTaxSe2 showed a gradual transition from 2-H to 3-R structure with increasing of Ta content (x). Some samples showed a significant peak broadening effect for (h 0 l) peaks on their XRD patterns. The peak broadening effect was analysed with a profile simulation based on DIFFaX program, indicating that the Mo0.8Ta0.2Se2 sample contains 60% of 2H structure and 40% of 3R structure. The lowest thermal conductivity for Mo0.8Ta0.2Se2 may be attributed to the disorder enhanced by the stacking mismatch. As amount of tantalum increases, Seebeck coefficient decreases and turns to negative value in the range over 0.6 of tantalum. It means that the compound changs from n-type semiconductor to p-type one. Maximum power factor and ZT value were obtained for Mo0.8Ta0.2Se2. This methodology can be used to design new thermoelectric material. We also expect to apply the DIFFaX analysis for various studies related with structural disorder in nanostructure and interface.
more목차
감사의 글
요약문
목 차
표 목차
그림 목차
1.서론 1
1-1.열전 재료의 연구의 필요성 1
1-2.이론적 배경 2
1-2-1.열전 변환의 물리현상 2
1-2-2.열전 발전의 원리 4
1-2-3.열전 발전 소재 8
2.Structure and thermoelectric property of Mo1-xTaxSe2 solid solution 10
2-1.서론 10
2-2.실험 방법 및 장비 13
2-2-1.열전 변환 소재 제조 13
2-2-2.실험 장비 14
2-3.결과 및 고찰 16
2-3-1.MoSe2와 TaSe2 구조 16
2-3-2.Mo1-xTaxSe2 (x=0.0~1.0) 계열의 미세 구조 관찰 17
2-3-3.Mo1-xTa¬XSe2 (x=0.0~1.0) 계열의 XRD 분석 20
2-3-4.Mo1-xTaxSe2 (x=0.0~1.0) 계열의 DIFFaX 분석 25
2-3-5.Mo1-xTaxSe2 (x=0.0~1.0) 계열의 열전 특성 31
2-4.결론 38
3.참고문헌 40
Abstract
