Fe/Co 비율 제어를 통한 P형 Nd-Fe-Co-Sb계 Skutterudite 소재의 열전특성 향상

Improvement of Thermoelectric Properties of P-type Nd-Fe-Co-Sb Skutterudites by tuning Fe/Co ratio

본 연구는 Fe/Co 비율 제어를 통한 P 형 Nd-Fe-Co-Sb계 skutterudite 합금의 열전 특성 향상에 대해 보고한다. 유도 용해 및 급속 응고법을 통해 분말을 제작한 후 방전 플라즈마 소결법 (903 K, 50 MPa, 15 min)으로 Ndo_9fe4-~oxSb12(x = 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5) 소결체를 합성하였다. 소결체의 XRD 분석을 통해 skutterudite 단일상이 형성되었으며, Fe/Co 비율 조절에 따른 주요 회절 피크의 이동을 통해 Co가 Fe 자리로 효과적으로 치환된 것을 확인하였다. Co 치환량 중가에 따른 캐리어 농도 감소로 전기전도도는 감소하고 제벡계수는 중가하는 경향을 보였으며, 캐리어 농도 최적화에 따라 X = 0.75 샘플에서 최대출력인자(28.9 x 10-4 wm-1K-2 @ 769 K)를 얻었다. 또한, 열전도도는 Co 치환량 중가에 따른 전자 전도 기여분의 저하로 감소하는 경향을 보였다 결과적으로 Fe/Co 비율 조절을 통해 p 형 skutterudite 소재의 전기적 및 열적특성을 동시에 제 어하여 열전성능이 향상되는 것을 확인하였으며. X = 0.75 샘플(Nd0.9Fe3.25CO0.7Sb12.2)에서 1.0(@ 769 K)의 최대 열전성능지수를 보였다.