칼슘 코발트 층상 산화물계 열전반도체의 제조와 물성

Processing and Properties of Calcium Cobaltite Layer Structure Oxide Thermoelectrics

칼슘 코발트 층상 산화물계에서 Ca₃Co₂O₆와 Ca₃Co₄O₉를 기본으로 하여 열전 특성 향상을 위해 Ca 위치를 Bi, Sr, La, K로 부분 치환하고, Co위치를 Mn, Fe, Ni, Cu, Zn로 치환한 다결정 산화물을 제조하여 300~1000K 까지의 열전 특성을 분석하였다. Bi가 치환된 Ca₃Co₄O₉계의 Ca₂.₇Bi₀.₃Co₄O₉는 전기전도도 85.4(Ωcm)⁻¹, Seebeck계수 176.2μV/K그리고 파워팩터 265.2μW/K₂m로 가장 높은 열전 물성치가 관찰되었다. 열전 모듈 제조를 위해서 각각의 열전반도체의 성능지수Z(10⁻⁴/K)가 0.87, 0.41의 값인 p형 열전 소재로 Ca₂.₇Bi₀.₃Co₄O₉를, n형 열전 소재로(Zn₀.₉₈Al₀.₀₂)O를 선택하여 열전쌍을 제조하였다. 제조된 2쌍의 기본 열전쌍은 120K의 온도차에서 약 30mV정도의 기전력이 나타났다.

Thermoelectric properties of calcium cobalt layer structure oxide system, Ca₃Co₂O₆ and Ca₃Co₄O₉ were investigated at the temperature range of 300 to 1000K for the application of thermoelectric generation. In the composition, the Ca site was partially substituted with Bi, Sr, La, K and the Co site was partially substituted with Mn, Fe, Ni, Cu, Zn. The thermoelectric properties of Bi substituted Ca₃Co₄O₉. Ca₂.₇Bi₀.₃Co₄O₉ for electrical conductivity, Seebeck coefficient and power factor were 85.4(Ωcm)⁻¹, 176.2μV/K and 265.2μW/K²m, respectively. The unit thermoelectric couple was fabricated with the p-type of Ca₂.₇Bi₀.₃Co₄O₉ and n-type (Zn₀.₉₈Al₀.₀₂)O thermoelectrics whose figure-of-merit(Z) were 0.87×10⁻⁴/K and 0.41×10⁻⁴/K, respectively. The generated thermoelectric power was about 30mV at the temperature difference of 120K in the unit thermoelectric couple.