다공성 열전 소재의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 다공성 열전 소재 및 이를 포함하는 열전소자
METHOD FOR MANUFACTURING POROUS THERMOELECTRIC MATERIALS, THERMOELECTRIC MATERIALS MANUFACTURED USING THE SAME, AND POROUS THERMOELECTRIC ELEMENTS CONTAINING THE SAME
특허 요약
본 발명은 다공성 열전 소재의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 다공성 열전 소재 및 이를 포함하는 열전소자를 개시한다. 본 발명은 양이온성 고분자와 음이온성 고분자를 포함하는 이온전도성 고분자, 금속염을 포함하는 이온 가교제 및 전도도 향상제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액을 열처리하여 하이드로 겔을 제조하는 단계; 및 상기 하이드로 겔을 동결건조하여 다공성 열전 소재를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 하이드로 겔은 상기 금속염과 음이온성 고분자 간의 이온 상호작용(ionic interaction)에 의해 형성되는 것을 특징로 한다.
청구항
번호청구항
1

양이온성 고분자와 음이온성 고분자를 포함하는 이온전도성 고분자, 금속염을 포함하는 이온 가교제 및 전도도 향상제를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;상기 혼합 용액을 열처리하여 하이드로 겔을 제조하는 단계; 및상기 하이드로 겔을 동결건조하여 다공성 열전 소재를 제조하는 단계;를 포함하고,상기 하이드로 겔은 상기 금속염과 음이온성 고분자 간의 이온 상호작용(ionic interaction)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

2

제1항에 있어서, 상기 혼합 용액을 열처리하여 하이드로 겔을 제조하는 단계에서 상기 전도도 향상제는 과잉 음이온성 고분자를 제거하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

3

제1항에 있어서, 상기 전도도 향상제는 혼합 용액 100중량%에 대하여 0.1 중량% 내지 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

4

제1항에 있어서, 상기 열처리의 온도는 20 ℃ 내지 200 ℃인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

5

제1항에 있어서, 상기 이온전도성 고분자는 전기 전도도가 1 S/cm 내지 10000 s/cm인 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

6

제1항에 있어서, 상기 금속염은 황산 마그네슘(MgSO4), MgCl2, MgBr2, Mg(NO3)2, ZnSO4, ZnCl2, ZnBr2, ZnNO3, CaSO4, CaCl2, CaBr2, Ca(NO3)2, FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, FeBr3, Fe(NO3)3, CuSO4, CuCl2, CuBr2 및 Cu(NO3)2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

7

제1항에 있어서, 상기 전도도 향상제는 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, 2-메톡시에탄올, 테트라히드로푸란(THF), 에테르, 다이메틸폼아마이드(DMF), 아세토니트릴, 아세톤 및 물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재의 제조 방법.

8

제1항에 따른 다공성 열전 소재의 제조 방법을 통해 제조되고,상기 다공성 열전 소재는,양이온성 고분자와 음이온성 고분자를 포함하는 이온전도성 고분자;금속염을 포함하는 이온 가교제; 및전도도 향상제;를 포함하고,상기 하이드로 겔은 상기 금속염과 음이온성 고분자 간의 이온 상호작용(ionic interaction)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재.

9

제8항에 있어서, 상기 다공성 열전 소재의 기공률은 0.80 내지 0.98 인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재.

10

제8항에 있어서, 상기 다공성 열전 소재의 열전도도는 0.027 Wm-1K-1 내지 0.1 Wm-1K-1 인 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재.

11

제8항에 있어서, 상기 다공성 열전 소재는 에너지 하베스팅 및 온도 감지 중 적어도 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 다공성 열전 소재.

12

제1 전극;상기 제1 전극 상에 형성되고, 상기 제8항에 따른 다공성 열전 소재를 포함하는 열전층;상기 열전층 상에 형성되는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자.

13

제12항에 있어서, 상기 열전층은 에너지 하베스팅 및 온도 감지 중 적어도 어느 하나를 수행하는 것을 특징으로 하는 열전 소자.