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Bi<sub>0.48</sub>Sb<sub>1.52</sub>Te<sub>3</sub>의 열전특성에 대한 Pb 도핑 영향
문승필,김태완,김성웅,전우민,김진헌,이규형,Moon, Seung Pil,Kim, Tae Wan,Kim, Sung Wng,Jeon, Woo Min,Kim, Jin Heon,Lee, Kyu Hyoung 한국전기전자재료학회 2017 전기전자재료학회논문지 Vol.30 No.7
$Bi_2Te_3$-based alloys have been intensively investigated as active materials for thermoelectric power generation devices from low-temperature (< $250^{\circ}C$) waste heat. In the present study, we fabricated Pb-doped, p-type $Bi_{0.48}Sb_{1.52}Te_3$ polycrystalline bulks by using meltsolidification and spark plasma sintering techniques, and evaluated their thermoelectric transport properties in an effort to develop optimized composition for low-temperature power generation applications. The electronic and thermal transport properties of $Bi_{0.48}Sb_{1.52}Te_3$ could be manipulated by Pb doping. As a result, the temperature for a peak thermoelectric performance (zT) gradually shifted toward higher temperatures with Pb content, suggesting that thermoelectric power generation efficiency can be enhanced by controlled Pb doping.
이차원 SnSe2 전자소재의 Cl 도핑에 따른 고온 전도 물성 고찰
문승필,김성웅,손희상,김태완,이규형,이기문 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.2
Cl 불순물 도핑에 따른 SnSe2 이차원 전자소재의 고온(300~450 K) 전도 물성 변화를 고찰하였다. 고상합성법을 통하여, 도핑이 없는 SnSe2 소재와 Cl이 도핑된 SnSe1.994Cl0.006 소재를 합성하였으며, X선 회절 실험을 통하여, 두 재료 모두 불순물 없는 단일상이 형성되었음을 확인하였다. 비저항의 온도의존성 측정을 통하여, 전기 전도 mechanism이Cl 도핑에 의해 hopping 전도에서 축퇴 전도로의 전이가 일어남을 관찰할 수 있었으며, 홀효과 측정을 통해 그러한 전도mechanism의 전이가, Cl의 효과적인 donor 역할에 따른 자유전자의 농도 증가에서 기인한 것임을 확인하였다. 온도에 따른 전자이동도의 변화 분석을 통하여, 도핑이 없는 SnSe2의 고온 전기 전도는 grain boundary 산란이 지배적인 영향을 미치는 반도체 전도 특성을 보이는 반면, Cl 도핑에 따라 grain boundary 산란 효과가 저하되는 금속 전도 특성을 보인다는것을 알 수 있었다. We study on the change of electrical properties of two-dimensional (2D) SnSe2 materials with respect to Cl doping as SnSe1.994Cl0.006 under a high temperature condition. (300~450 K) By the simple solid-state reaction method, nonand Cl-doped 2D SnSe2 materials are successfully synthesized with negligible impurities as confirmed by X-ray diffraction. From the temperature dependence of resistivity, it is observed that the conduction mechanism is changed from hopping to degenerate conduction with Cl doping. By Hall effect measurement, an increase on electron carrier concentration from ~7 × 1016 to ~3 × 1018 cm-3 with Cl doping verifies that Cl is an effective electron donor which results in the encouraged carrier concentration. Detailed analysis for temperature dependent Hall mobility reveals that the electrical transports in high temperature regime are governed by the grain boundary-controlled mechanism for non-doped SnSe2, which is effectively suppressed by Cl-doping as entering metallic transport regime.
Bi0.48Sb1.52Te3의 열전특성에 대한 Pb 도핑 영향
문승필,김태완,김성웅,전우민,김진헌,이규형 한국전기전자재료학회 2017 전기전자재료학회논문지 Vol.30 No.7
Bi2Te3-based alloys have been intensively investigated as active materials for thermoelectric power generation devices from low-temperature (< 250℃) waste heat. In the present study, we fabricated the Pb-doped p-type Bi0.48Sb1.52Te3 polycrystalline bulks by using melt-solidification and spark plasma sintering technique, and evaluated their thermoelectric transport properties in an effort to develop optimized composition for low-temperature power generation applications. The electronic and thermal transport properties of Bi0.48Sb1.52Te3 could be manipulated by Pb doping. Resultantly, the temperature for a peak thermoelectric performance (zT) gradually shifted toward higher temperatures with Pb contents, suggesting that thermoelectric power generation efficiency can be enhanced by controlled Pb doping. Bi2Te3계 소재는 250℃ 이하 온도의 저온폐열을 이용하여 전기를 생산하는 열전발전을 위한 핵심소재로 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 저온 열전발전 응용에 적합한 조성 개발을 위해 용융-응고 및 방전플라즈마소결법을 이용하여 p형 Bi0.48Sb1.52Te3에 Pb를 도핑한 조성에 대한 다결정 소재를 제조하였고, 그 열전특성을 평가하였다. Pb 도핑에 의해 Bi0.48Sb1.52Te3의 전기전도 및 열전도 거동을 제어할 수 있었다. 결과적으로, Pb의 도핑량이 증가할수록 최대 열전성능(zT)을 나타내는 온도가 고온으로 이동하는 경향을 나타내어, Pb 도핑량을 조절한 소재 적용에 의해 열전발전 효율이 증대될 수 있음을 규명하였다.