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비스무스 텔러라이드(Bi2Te3)/비스무스 셀레나이드(Bi2Se3)를 코어/쉘 구조로 형성하는 나노로드를 포함하는 고효율 벌크 열전 복합 재료로서,상기 비스무스(Bi) : 텔러륨(Te) : 셀레늄(Se)의 조성비는 3-5 : 1-2 : 4-6이고,상기 나노로드는 직경이 60-90 nm이며, 상기 나노로드 길이가 1-5 ㎛인 종횡비(aspect ratio)를 가지며,상기 코어/쉘 구조의 나노로드가 적층되어 초격자 구조(super-lattice)를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 고효율 벌크 열전 복합 재료
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제1항에 있어서, 상기 비스무스 셀레나이드(Bi2Se3) 쉘(Shell)의 두께는 5 내지 15 nm인 것을 특징으로 하는 벌크 열전 복합 재료
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비스무스 텔러라이드(Bi2Te3)/비스무스 셀레나이드(Bi2Se3)를 코어/쉘 구조로 형성하는 나노로드를 포함하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법으로서,(a) 습식 용액 합성법으로 코어용 비스무스 텔러라이드(Bi2Te3) 나노로드를 제조하는 단계;(b) 습식 용액 합성법으로 코어/쉘 구조의 비스무스 텔러라이드(Bi2Te3)/비스무스 셀레나이드(Bi2Se3) 나노로드를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 나노로드에 방전플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering, SPS) 공정을 수행하여 나노로드를 적층하여 벌크 열전 재료를 제조하는 단계;를 포함하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제3항에 있어서, 상기 (a) 단계는,(a1) 텔러륨 전구체, 용매 및 계면활성제를 혼합 가열하여 텔러륨 나노로드 혼합용액을 합성하는 단계; 및(a2) 상기 텔러륨 나노로드 혼합용액에 비스무스 전구체를 첨가한 후 가열하는 단계;를 포함하여 코어용 비스무스 텔러라이드 나노로드를 제조하는 것을 특징으로 하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제3항에 있어서, 상기 (b) 단계는,상기 (a) 단계에서 제조한 비스무스 텔러라이드 나노로드에 비스무스 전구체, 셀레늄 전구체, 계면활성제 및 용매를 첨가한 후 가열하여 코어/쉘 구조의 비스무스 텔러라이드/비스무스 셀레나이드 나노로드를 제조하는 것을 특징으로 하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제3항에 있어서, 상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 수득한 나노로드에 대해서,(c1) 아르곤 분위기에서 30-60 MPa의 압력을 20-30 ℃에서 2-4분 동안 1차 예비 방전플라즈마 소결(SPS) 공정을 수행하여 1차 소결체(Green-compact)를 제조하는 단계; 및(c2) 상기 (c1) 단계 후, 상기 1차 소결체를 아르곤 분위기에서 30-60 MPa의 압력을 유지하면서 250-350 ℃에서 3-7분 동안 2차 방전플라즈마 소결(SPS) 공정을 수행하여 나노로드가 고밀도로 적층된 소결체(high-density compact)를 제조하는 단계;를 포함하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제6항에 있어서, 상기 1차 예비 방전플라즈마 소결 공정은 Z-축 방향에서의 현저한 수축으로 인한 소결체의 두께 변화를 최소화하는 것을 특징으로 하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제6항에 있어서, 상기 2차 방전 플라즈마 소결 공정은 예비 방전 플라즈마 소결 공정 수행 후, 연속 공정으로 수행하고, 적층 소결되는 나노로드의 구조 및 크기를 일정하게 유지시키고, Z-축 방향에서의 소결체의 수축변화를 최소화시키는 것을 특징으로 하는 고효율 벌크 열전 복합 재료의 제조방법
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제 3 항 내지 제 8 항에 따라 제조된 고효율 벌크 열전 복합 재료로서,비스무스 텔러라이드(Bi2Te3)/비스무스 셀레나이드(Bi2Se3)를 코어/쉘 구조로 형성하는 나노로드가 고밀도로 적층되어 초격자 구조(super-lattice)를 이루고 있는 소결체이고,열전소재 성능지수(ZT)가 1
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