KOSEN 한인과학기술자네트워크

>얼마전 열전 재료 관련 학회 보고서를 보았습니다. > >열전 재료를 이용한 제품에 대한 정보를 찾고 있습니다. 여러 종류의 제품이 있습니다. PDP MODULE, LCD MODULE, TCP, 네비게이션, LED MODULE 등 많습니다.

열전재료 관련 학회의 보고서를 보셨다니 어느정도 아시리라 생각합니다. 열전소자에는 대표적으로 Bi₂Te₃,Sb₂Te₃,Bi₂Se₃가 주로 사용됩니다. 이러한 열전 소자는 Peltier효과에 의하여 열전냉각(Thermoelectric cooling)에 주로 사용됩니다. Peltier효과에 의한 작용을 조금 설명하면,금속과 금속사이에 위의 열전소자 반도체를 접합하고 금속간에 직류전류를 흘리게 되면 한쪽면의 금속은 흡열작용,한쪽면의 금속은 발열작용이 일어나게 되는 것입니다. 이러한 열전 소자는 주로 냉각용으로 사용되어지는데,크게 낮은 온도가 필요하지 않는,즉,냉매,콤프레셔를 요하지 않고,0 ℃ 근처의 온도정도만으로써 충분한 장치등에 사용됩니다.많이 사용되는 곳은 wine의 저장고, 김치냉장고,전자장비의 냉각용등에 적용됩니다. 참고자료로 wikipedia자료를 올리며,위의 site에 접속하시면 다양한 자료를 검색할 수 있습니다. (참고 site: www.urbinadesign.com/peltier-cooling.html)

>얼마전 열전 재료 관련 학회 보고서를 보았습니다. > >열전 재료를 이용한 제품에 대한 정보를 찾고 있습니다. 좋은 자료를 검색해서 첨부합니다.

>얼마전 열전 재료 관련 학회 보고서를 보았습니다. > >열전 재료를 이용한 제품에 대한 정보를 찾고 있습니다. 참고될 만한 자료가 되실지 모르겠습니다. 1. 열전재료의 개념 기존의 응축기(compressor) 방식 대신 직류전류를 공급해 냉각과 가열을 동시에 가능하게 하는 재료이다 2. 열전재료의 시작 1821년 Seebeck이 온도차에 의한 전력발생을 발견하여, 이를 Seebeck효과라 불렀고. 그후 1834년 Peltier가 전력에 의한 온도차를 발견한다. 이를 Peltier효과라 한다 그리고 Thomson 이 두 효과의 이론을 정립하여, 현대에 이르러 실용화 단계에 이르렀다 3. 열전재료의 장점 소형, 저소음, 미세온도 조절가능, 전원공급용이, 설치용이, 환경친화성, 국소냉각가능 등 (반면 단점으로는 직류전원이 필요하며, 발열부의 cooling이 중요) 4. 열전재료의 원리 1) Seebeck 효과 1821년 독일의 T.J.Seebeck이 발견하였다. 2종의 금속 또는 반도체를(Cu와Bi 또는 Bi와Sb) 둥근 모양으로 접속하고 두 점 사이에 온도차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을 말한다. 이 전류를 열전류라 하고, 금속간에 생기는 기전력을 열기전력이라 한다. 열전류의 크기는 짝을 이룬 금속의 종류 및 두 접점의 온도차에 따라 다르며, 이 외에도 금속선의 전기저항도 여기에 관여한다. n형 반도체의 경우 금속의 양단의 온도차가 발생하면, 저온부보다 고온부의 전자들이 운동에너지가 높으므로, 고온부의 전자들이 Fermi레벨보다 더 높은 에너지 상태가 된다. 그러므로 에너지를 낮추기 위해 전자들이 저온부로 이동을 한다. 이 전자의 이동으로 저온부는 음극, 고온부는 양극을 띄며 양단에 전위차가 발생하고, 이를 Seebeck 전압(열기전력, Thermoelectromotive force)이라 한다. 이 Seebeck 전압은 전자들을 고온부로 되돌려 보내려 하고 , Seebeck 전위가 저온부 전자이동의 구동력과 균형을 이룰 때 평형상태가 된다. 이 효과를 응용하여 열전변환을 실제 응용하기 위해서는 Seebeck계수가 크고, 열전도도와 전기비저항이 작아야한다. 하지만 금속은 Seebeck계수가 작고, Wiedemann -Franz 법칙에 따라 열전도도와 전기비저항을 동시에 낮출 수가 없다. 하지만, 러시아의 Loffe가 Ⅱ와V, Ⅳ와Ⅵ, V와Ⅵ족의 원소를 혼합한 반도체를 이용하면 열전변화의 효율을 상당히 향상시킬 수 있다는 이론을 발표했다. 2) Peltier 효과 1834년 J.C.A.Peltier가 발견한 열전현상으로 이종인 금속에서는 금속 내의 전자의 Potential Energy에 차가 있기 때문에 Potential Energy가 낮은 상태에 있는 금속으로부터 높은 상태에 있는 금속으로 전자를 운반하는 데는, 외부로부터 에너지를 얻어야 할 필요가 있으므로 접점에서 열에너지를 빼앗기고, 반대의 경우에는 열에너지가 방출되게 된다. 일반적으로 이 효과에 의하여 단위시간에 두 종류의 금속 A,B의 접점에서 발생 또는 흡수되는 열량은 전류의 세기에 비례하고, 열량과 전류세기의 비는 두 금속의 종류에 따라 정해진 값을 가진다. 이 값을 2 금속 조합에 대한 Peltier계수라 하고, 그 크기는 두 금속의 전자의 Potential Energy 차에 해당하는 열기전력과 절대온도에 비례한다. Peltier효과는 전자를 작업물질로 하는 열펌프효과로 간주되며, 적당한 열전소자들로 구성해 냉각장치로 이용할 수 있다. 결국 Peltier 효과는 두 이종물질 간의 접합을 거쳐 전류를 흘릴 때의 열의 방출과 흡수를 뜻하며, 열전냉각과 가열 및 열전발전의 기초이론이다. 전류가 어떤 방향으로 흐르면 열이 발생된다면 그 반대로 흐르면 열을 흡수하므로, Peltier 효과는 가역적이라고 할 수 있다 3) Thomson 효과 조성이 균일하고 부분적으로 온도구배가 있는 n형 반도체에 전압을 걸어주면, 이동하는 전자들은 자발적으로 막대로부터 열을 흡수 또는 방출한다. 이러한 현상은 재료의 열전능 α가 온도에 따라 다르기 때문에 발생하는 현상으로, Thomson 효과라고 한다 4) 성능지수(Figure of Merit) 열전재료의 성능은 성능지수 Z(Figure of Merit)로 나타낸다. 이 성능지수는 Seebeck계수 α의 제곱에 비례하고, 비저항 p와 열전도율 k에 반비례한다. 5. 열전재료의 응용 ▷ 소형냉장고, 차량 냉장고, 화장품 보관함, 냉온수기, 자동판매기 ▷ 실험기기의 항온조,항온 가열기,냉각용기기, 혈액보관기, 의료용 찜질팩 ▷ CPU쿨러, 레이저 칠러, 레이저 다이오드 등