은색 셀레 나이드를 사용하여 실온 근처에 고성능을 나타내는 바카라 룰 전환 재료를 개발했습니다

국립 연구 연구소 선진 산업 과학 및 기술 연구소 [이시무라 카즈히 코 (Ishimura Kazuhiko) 회장] (이하 "AIST"라고 불리우는 제로 방출 국제 공동 연구 센터 (Yoshino Akira 회장) 바카라 룰 전환 팀 및 열 제어 팀 Jud Priyanka 및 Ota Michihiro, Ota Michihiro, 국립 연구원, 국립 연구원, 국립 연구원, 국립 연구원, 국립 연구원의 역할을 수행합니다 Ishizuka Hiroaki] (이하 "Nedo"라고 불리는)사용하지 않는 열 에너지를위한 혁신적인 활용 기술"프로젝트로 인해 실온 근처에서 우수한 성능을 나타내는 Silver Selenide (AG₂SE로 구성된 n- 타입바카라 룰 변환재료가 개발되었습니다

최근 몇 년 동안 IoT와 같은 스마트 기술의 빠른 개발로 바카라 룰 발전 및 바카라 룰 냉각을 사용한 로컬 냉각을 사용한 독립적 인 전원에 중점을 두었습니다 이러한 광범위한 응용 분야를 실현하려면 바카라 룰 전환 기술의 핵심 인 바카라 룰 전환 재료의 효율을 더욱 증가시키는 것이 필수적입니다 우리가 지금 개발 한 바카라 룰 전환 재료의 고성능은 결정 구조의 안정화로 인해 충전을 수행하는 것입니다캐리어 이동성개선 및캐리어 농도 최적화IoT 전자 장치에서 사용할 수있는 자체 지원 전원 공급 장치 및 전기 장치의 로컬 냉각에 사용될 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 2020 년 5 월 28 일 Royal Society of Chemicals에서 발행 한 학술 논문 저널 (Japan Time)을 참조하십시오Journal of Materials Chemistry A에 게시

열과 전기를 변환 할 수있는 바카라 룰 변환이 사용되지 않은 열 에너지를 유용한 전기로 변환 할 수 있습니다바카라 룰 발전기 장치에 적용될 것으로 예상되며 전기를 사용하여 정확하게 냉각 할 수 있습니다바카라 룰 냉각 장치에 사용됩니다 최근 몇 년 동안 IoT와 같은 스마트 기술의 빠른 개발로 전자 장치에 전력을 공급하는 독립적 인 전원의 개발과 전자 장치의 열 제어가 어려워졌으며 바카라 룰 발전 장치 및 바카라 룰 냉각 장치에 대한 기대가 증가하고 있습니다 바카라 룰 발전 장치의 본격적인 스프레드와 바카라 룰 냉각 장치의 추가 확산은 바카라 룰 전환 기술의 핵심 인 바카라 룰 전환 재료의 효율성에서 증가 될 것이다Merit ZT의 바카라 룰 전기 그림의 개선 필수적입니다

Nedo and AIST는 바카라 룰 전환 재료의 성능 향상 및 바카라 룰 발전 모듈의 발전 성능을위한 평가 기술 및 평가 기술을 사용하여 나노 기술을 사용하여 이전 성능을 능가합니다 (Nedo Press가 2018 년 5 월 22 일에 발표) 바카라 룰 발전 테스트를위한 표준 기준 모듈 (2020 년 1 월 14 일에 AIST 언론의 애니메이션) AIST는 또한 전환 효율이 매우 높은 바카라 룰 발전 모듈을 개발했습니다 (AIST : 11%의 변환 효율로,AIST : 캐스케이드 안전한 바카라 사이트 전환 모듈로)

실온 근처에서 사용할 수있는 바카라 룰 전환 재료로서 현재까지Bismuth Telluride (Bi₂TE₃)수십 년 동안 사용해 왔지만이 개발에서 효율성을 높이기위한 새로운 재료 인 Silver Selenide (AG₂se)는 그것을 사용하기로 결정했습니다 우리는 운송 업체의 이동성을 개선하고 운반체 농도를 최적화함으로써 Merit ZT의 바카라 룰 전기 수치를 개선하기 위해 노력했습니다

또한 AIST 개발의 일부는 열 및 전기 에너지 기술 재단의 26 번째 연구 보조금으로 지원되었습니다

높은 발전 및 우수한 냉각 성능을 나타내는 고품질 바카라 룰 전환 재료바카라 룰 출력 계수낮음바카라 룰도도요청됩니다 AG₂SE는 최근에 N- 타입의 바카라 룰 전환 재료로서 바카라 룰도율이 낮기 때문에 적극적으로 연구되어 왔지만 고효율에 필수적인 ZT는 낮은 값으로 남아 있습니다

(1) 원자 수준에서의 관찰을 통해 낮은 바카라 룰 출력 계수의 원인 조사

이 연구 및 개발에는 최첨단이 있습니다스캐닝 변속기 전자 현미경를 사용한 관찰 원자 수준에서 낮은 바카라 룰 출력 인자의 원인을 조사하는 데 사용되었습니다 결과적으로 개요 다이어그램에 표시된대로 AG₂SE는 원래입니다Cubic CrystalMonoclinic의 결정 구조의 작은 영역이있는 것으로 밝혀졌습니다 모노 클리닉 결정 구조 의이 영역이 캐리어 이동을 방지하기 때문에, 표 1에 도시 된 바와 같이,이 샘플에서 운반 운반 전하의 이동성은 1500cm²V^-1S^-1의 낮은 값입니다 또한, 바카라 룰 전환 물질에는 캐리어 농도 최적화가 필요하지만 표 1에 도시 된 바와 같이, Ag₂SE의 경우 60 × 10¹⁸CM^-3, 바카라 룰 전환 재료에 비해 너무 비쌉니다 ( "캐리어 농도 최적화"라는 용어의 설명 참조) 원자 수준에서의 관찰에 따르면 바카라 룰 출력 인자는 낮은 캐리어 이동성 및 높은 캐리어 농도의 결과로 낮았다

(2) 캐리어 이동성을 증가시키고 캐리어 농도를 감소시켜 개선 된 바카라 룰의 공로를 달성합니다

단일 클리닉 결정 구조를 억제하기 위해 AG는 위상 다이어그램 및 기타 방법을 사용하여 열역학적 관점에서 조사됩니다₂SE보다 약간 과량의 셀레늄 (SE)을 추가하고 황의 약간 첨가함으로써 샘플은 단일 클린 성 결정 구조 (요약 다이어그램)의 형성을 방지 할 수있었습니다 결정 구조를 절단 시스템으로 안정화하면 테이블에 도시 된 바와 같이 캐리어 이동성이 증가했다 이동성은 약간 증가 된 셀레늄으로 화학 조성 Ag₂SE_1.012500cm²V^-1S^-1, 황화가 약간 증가한 화학 조성 Ag₂SES_0.012000cm²V^-1S^-1로 향상되었습니다 또한, 셀레늄의 증가 및 황의 첨가로 인해 담체 농도는 또한 감소 하였다 결과적으로 바카라 룰 출력 인자가 개선되었습니다 화학 성분 Ag₂SE_1.01바카라 룰 출력 계수는 3000μWM의 높은 값입니다^-1K^-2도달했습니다

바카라 룰 출력 계수를 개선하여 ZT는 개요 다이어그램과 100 ° C에서 화학 조성 AG₂SE에서 04에서 셀레늄이 증가한 Ag₂SE_1.01| 황가 추가 된 AG₂SES_0.0109로 향상되었습니다 이 가치는 수십 년 동안 유일한 실용적인 자료였습니다₂TE₃와 비슷합니다 (그림 1) 우리는 나노 미터 수준의 구조 제어와 같은 새로운 재료 설계 지침이 실온 근처에서 사용할 수있는 바카라 룰 전환 재료의 ZT를 크게 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다

미래 계획

◆ 사용하지 않는 열 에너지의 혁신적인 활용을위한 기술의 연구 및 개발

프로젝트 리더 : Ohara Haruhiko (AIST, 에너지 및 환경 영역 리더)
비즈니스 개요 : 사용하지 않는 열 에너지를위한 혁신적인 기술의 연구 및 개발
https : //wwwnedogojp/activities/zzjp_100097html
프로젝트 기간 : 2013 ~ 2022 (2013 ~ 2014 년, 경제 무역부 포함)[참조로 돌아 가기]

◆ 바카라 룰 전환, 바카라 룰 발전 장치, 바카라 룰 냉각 장치

바카라 룰 전환은 전기 및 열 에너지의 상호 변환을 말하며,이 현상을 나타내는 재료를 바카라 룰 전환 재료라고합니다 바카라 룰 발전 장치는 금속의 접합과 바카라 룰 전환 재료 사이의 온도 차이를 생성함으로써 전자 력의 생성 인 Seebeck 효과를 활용합니다 바카라 룰 냉각 장치는 펠티에 효과를 이용하여 전극 금속이 바카라 룰 전환 재료로 결합 될 때 접합의 온도가 떨어지거나 상승 (열이 피해)을 유발하고 전류가 통과됩니다 전하를 운반하는 캐리어는 양전자가 전하를 운반하는 캐리어가 음전하 인 경우 P- 타입 바카라 룰 전환 재료가 있는데, 여기서 전하를 운반하는 캐리어는 양전자가 양전자이다[참조로 돌아 가기]

◆ 캐리어 이동성 최적화, 캐리어 농도, 캐리어 농도

캐리어 이동성 μ는 전하를 운반하는 운송 업체의 운반의 용이성을 나타내는 양을 나타냅니다 캐리어 농도 N은 전하를 운반하는 단위 볼륨 당 캐리어의 수입니다 전기 저항성 ρ는 1/ρ = en μ로 표현 될 수 있습니다 여기서 E는 운송 업체의 청구입니다 Seebeck 계수 S는 주로 캐리어 농도에 의존하는 S∝1/N입니다 이동성이 높을수록 전기 저항력이 낮아지고 바카라 룰 전기 그림 zt가 개선 된 것을 의미합니다 캐리어 농도가 너무 높으면 서핑 벡 계수가 낮아지고 캐리어 농도가 너무 낮 으면 전기 저항력이 높아서 캐리어 농도에 대한 최적의 값이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆Journal of Materials Chemistry A

일반 화학 및 지속 가능성과 관련된 재료 화학에 대한 연구를 목표로하는 동료 검토를 포함하는 고도로 전문화 된 학술 저널
https : //wwwrscorg/journals-books-databases/about-journals/journal-of-materials-chemistry-a/ [참조로 돌아 가기]

◆ 공로 (ZT), 바카라 룰 출력 계수, 바카라 룰도율

바카라 룰 전환 재료의 성능 지표 인 바카라 룰 전기 그림 ZT는 zt = s²t/ρκ에 의해 정의 됨 ZT가 높을수록 발전 및 냉각 성능이 높아집니다 여기서 S는 Seebeck 계수이고, ρ는 전기 저항이고, κ는 열 전도도입니다 에스²/ρ는 출력 전력과 관련된 용어이며 바카라 룰 출력 계수라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Bismuth Telluride (Bi₂TE₃)

Bismuth와 Tellurium으로 만든 복합 반도체 실온에서 200 ° C에서 200 ° C에서 온도 범위에서 높은 바카라 룰 전기 공로를 나타내며 현재 바카라 룰 전환 물질로 널리 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 스캐닝 변속기 전자 현미경

전자 ​​빔을 스캔하는 동안 대상이 조사되고 대상으로부터 방출되는 전자 전자가 표적을 관찰하기 위해 감지 될 수있다 나노 미터 크기의 원자 배열을 관찰 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ Calectorgonal, Monoclinic

결정 구조는 원자의 구조를 나타냅니다 대칭으로 인해 입방, 입방 및 모노 클리닉을 포함한 7 가지 유형으로 분류 될 수 있습니다 AG₂SE는 실온에서 직사각형 결정 구조를 가지지 만 약 134 ° C에서 위상은 입방 결정 구조로 전이됩니다 또한, 단일 클린 성 결정 구조는 준 안정 상으로 존재한다[참조로 돌아 가기]