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표제지
목차
제1장 서론 8
제2장 이론적 배경 10
2.1 열전현상 10
2.1.1 Seebeck effect 10
2.1.2 peltier effect 10
2.1.3 Tomson effect 10
2.2 열전발전 및 열전냉각 11
2.2.1 열전발전의 원리 11
2.2.2 열전발전의 효율 12
2.2.3 열전모듈의 냉각과 가열 13
2.2.4 전자 냉각 모듈의 효율 14
2.3 Bi₂Te₃계 열전재료의 특징 16
2.3.1 Bi₂Te₃계 열전재료의 결정구조 16
2.3.2 구조 민감성(p-n전이) 18
2.4 열전재료의 선택방법 19
2.4.1 반도체의 기본적 성질 19
2.4.2 성능지수의 최적조건 21
(1) 고전근사에 의한 성능지수의 최적조건 22
(2) 정확한 해석의 개요 26
2.4.3 격자의 열전도율 30
(1) 고용체에 의한 열전도율의 감소 31
(2) 결정입계에 의한 열전도율의 감소 32
제3장 실험 방법 35
3.1 N형 열전 재료의 제조 35
3.2 미세조직 및 이방성 평가 35
3.3 열전특성 측정 35
제4장 열간 압출에 의해 제조된 N형 Bi₂Te₃계 열전재료의 Dopant 함량에 따른 미세조직 및 열전특성 40
4.1 서언 40
4.2 실험 결과 및 고찰 41
4.2.1 미세조직 및 X선 회절분석 41
4.2.2 열전 특성 42
(1) 열전능 42
(2) 전기 비저항 44
(3) 출력인자 (Power factor, α²/ρ) 44
4.3 결론 55
Reference 56
ABSTRACT 59
Table. 4.1 The variation of orientation factor with the addition amount of dopant. 50
Fig. 2.1 The basic concept of thermoelectric generator 11
Fig. 2.2 The basic concept of thermoelectric cooling and heating 13
Fig. 2.3 Schematic diagram of Π-type thermoelectric cooling module and the energy band diagram 14
Fig. 2.4 Crystal structure and anisotropy in thermoelectric properties of Bi₂Te₃ compound 17
Fig. 2.5 Phase diagram of pseudo-binary Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ system. 17
Fig. 2.6 Energy diagrams, density of state D(E), Fermi-Dirac distribution f0(E), carrier concentration of intrinsic semiconductor and impurity semiconductor. 20
Fig. 2.7 Temperature variation of Fermilevelfor Ge with impurity concentration. 21
Fig. 2.8 Energy diagrams of nondegenerate(a) and degenerate conductors. 21
Fig. 2.9 Seebeck coefficients, electrical conductivity, thermal conductivity and figure of merit plotted against carrier concentration. 22
Fig. 2.10 Electron concentration with reduced Fermi energy-ξ*. 26
Fig. 2.11 Seebeck coefficient with reduced Fermi energy. 28
Fig. 2.12 The reduced Fermi energy dependence of demensionless figure of the merit with material parameter β 29
Fig. 2.13 The lattice the rmal conductivity of Si-Ge alloy. 31
Fig. 2.14 The lattice thermal conductivity of InAs-GaAs compound alloy. 32
Fig. 2.15 The thermal conductivity by lattice, kph vs. the carrier concentration (Hall concentration 1/eRH) of P-type Si0.7Ge0.3 sintered body with various grain- size. 33
Fig. 2.16 Plots of maximum coefficient of performance against hot-junction temperature for various grain size of Si0.635Ge0.365 sintered body. 34
Fig. 3.1 experimental procedures 37
Fig. 3.2 Schematic diagram of Seebeck coefficient measurement. 38
Fig. 3.3 Schematic diagram to measure electrical resistivity 39
Fig. 4.1 Schematic illustrations for electron excitation from donor level to conduction band in n-type materials of (a)low electron concentration (b)high electron concentration. 43
Fig. 4.2 SEM micrographs of n-type powders fabricated by gas atomization. 46
Fig. 4.3 Optical microstructure of n-type powders fabricated by gas atomization. ( 800) 47
Fig. 4.4 Optical micrographs of specimens fabricated along extrusion direction. ( 500) 47
Fig. 4.5 Analysis of EDS dot mapping of n-type (95% Bi₂Te₃+5% Bi₂Se₃) powders fabricated by gas atomization. 48
Fig. 4.6 X-ray diffraction patterns of n-type Bi₂Te2.85Se0.15 powder. 49
Fig. 4.7 X-ray diffraction patterns of n-type Bi₂Te2.85Se0.15 specimens extruded at parallel section to the extrusion direction 50
Fig. 4.8 X-ray diffraction patterns of n-type Bi₂Te2.85Se0.15 specimens extruded at parallel section to the extrusion direction and powder. 51
Fig. 4.9 The variation of the Seebeck coefficient(α) with the addition of dopant. 52
Fig. 4.10 The variation of electrical resistivity (ρ) with the addition amount of dopant. 53
Fig. 4.11 The variation of the power factor (α²/ρ) with the addition amount of dopant. 54
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