• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.695-695
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• 2013

양단간의 온도차를 이용한 열전 발전 및 펠티어 효과를 이용한 열전냉각 소자는 전기와 열의 직접적인 변환으로 활용도가 높아 차세대 에너지 연구 분야로 각광 받고 있다. 열전 소자의 성능 척도는 성능지수 Z (Figure of Merit)로 나타내며, Seebeck 계수 및 전기전도도, 열전도도의 관계로 주어지게 되고 재료의 물성치가 소자의 성능에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, 열전재료의 성능을 높이는 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 최근 에너지 밴드 구조를 조절하여 Seebeck계수의 향상을 시도하는 연구가 많이 진행되고 있다. 이는 페르미 레벨근처에 도핑 된 원자들이 Density of states에 추가로 준위를 형성하여 Seebeck 계수 향상을 가능하게 한다. 본 연구에서는 상온용 열전 물질인 $Bi_2Te_3$에 Iodine 도핑을 통한 열전 성능 변화를 고찰하고자 한다. $Bi_2Te_3$는 유기금속 화합물 증착 방법으로 성장하였고 기판으로 $4^{\circ}$기울어진 GaAs를 사용 하였다. 전기적 특성은 Seebeck 측정 및 Van der Pauw법에 의한 Hall measurement 방법으로 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.382.1-382.1
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• 2016

비등 열전달 시스템은 각종 발전 시스템, 열교환기, 냉방 및 냉동 시스템과 같이 다양한 산업에서 이용되며 매우 중요시 되고 있다. 또한 비등 열전달 시스템에서의 임계 열유속은 열전달 시스템의 한계 및 안정성을 나타내는 중요한 인자이다. 따라서 비등 열전달 시스템의 성능을 높이기 위해 임계 열유속을 향상시키려는 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 최근에는 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 임계 열유속을 크게 향상 시킬 수 있다고 보고되었다. 하지만 작동유체를 나노유체로 사용할 경우 나노입자가 열전달 표면에 침착되는 현상을 유발하며 열전달 시스템의 성능을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 그래핀 나노유체의 파울링 현상에 따른 열적 특성을 분석해 보았다. 그 결과 산화 처리된 그래핀 나노 파울링은 유속과 파울링을 위한 코팅시간이 증가할수록 산화 처리된 그래핀 나노유체의 임계 열유속이 크게 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 하지만 임계 열유속은 증가하나 비등 열전달 표면의 온도가 크게 증가하고 있음을 확인하였다. 그리고 열전달 계수는 유동이 없는 순수 물 비등 열전달 계수와 비교하여 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.450.1-450.1
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• 2014

열에너지를 전기에너지로 변환하거나 또는 전기에너지를 열에너지로 직접 변환하는 열전 변환 기술이 주목받고 있다. 열전 변환 효율은 성능지수($ZT={\alpha}^2{\sigma}T{\kappa}^{-1}$)로 평가되며, 여기서 ${\alpha}$, ${\sigma}$, ${\kappa}$, T는 각각 열전재료의 제벡계수, 전기전도도, 열전도도 및 절대온도이다. 따라서 우수한 열전재료는 높은 제벡계수와 전기전도도 그리고 낮은 열전도도를 가져야 한다. Bismuth telluride는 상온영역에서 성능지수가 높은 재료로서, $Bi_2Te_3$에 $Bi_2Se_3$와 고용체를 형성하면 원자의 치환으로 포논산란에 의해 열전도도가 낮아지고, 도핑으로 전기적 특성을 조절하여 성능지수를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 진공밀폐 용해법으로 $Bi_2Te_{2.85}Se_{0.15}:I_m$ (m=0.0~0.045) 고용체를 합성하여 상분석을 실시하고, 전자 이동특성 및 열전 특성을 평가하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권4호
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• pp.89-94
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• 2022

고체상태에서 열에너지과 전기에너지를 직접적이고 가역적으로 변환할 수 있는 열전소재는 전기전도특성인 전기전도도 및 제벡계수와 열전도특성인 열전도도에 의해 그 성능이 결정된다. 하지만 전기전도도, 제벡계수, 열전도도는 소재의 조성, 결정구조 및 전자구조에 의해 결정되며, 서로 상관관계를 나타내기 때문에 성능 증대를 위한 효과적인 전략수립에 어려움이 있다. 본 논문에서는 열전소재의 성능과 관련한 수식에 대한 이해를 바탕으로 실험 결과와 연계하여 열전도도 저감 관점에서 효과적인 결함제어 기반 열전소재 성능 증대 전략을 수립할 수 있는 방법론을 제공하고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.127-127
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• 2018

열전변환기술은 폐열을 전기로 변환하는 제벡효과를 이용한 기술이다. 열전변환효율은 재료의 성능에 따라 결정되며 성능지수 $ZT=S^2{\sigma}T/k$로 표현할 수 있다. 여기서 S는 제벡계수, ${\sigma}$는 전기전도도, k는 열전도도, T는 절대온도이다. GeTe계 열전재료는 $200{\sim}500^{\circ}C$에서 쓰이는 중온용 열전재료이다. 높은 성능지수를 가지기 위해서는 파워펙터($S2{\sigma}$)의 향상과 열전도도의 감소가 필요하다. GeTe계 화합물은 Ge의 공공 때문에 높은 캐리어 농도를 가지게 되고, 이로 인해 낮은 제벡계수 값과 높은 열전도도를 가지게 된다. 따라서 GeTe계 화합물의 성능 향상을 위해서는 캐리어농도 제어가 필수적이다. TEM을 통하여 GeTe를 관찰하면 밝고 어두운 콘트라스트들이 형성되어 있는 헤링본구조를 확인 할 수 있다. 콘트라스트를 보여주는 작은 평행사변형 하나는 헤링본구조의 가장 작은 단위인 도메인이며 이 도메인들이 특정한 방향으로 배열되어 콜로니를 형성하고 콜로니들이 특정한 방향으로 배열되어 헤링본구조를 이룬다. 헤링본의 폭과 길이를 제어 할 수 있다면 GeTe계 화합물의 열전특성 향상에 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 GeTe계 화합물내에 도핑원소 첨가를 통한 캐리어 농도제어와 도핑원소 첨가에 따른 헤링본구조의 변화에 관하여 연구하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.383.2-383.2
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• 2016

임계 열유속 현상은 열전달 시스템에서 가열조건이나 유동조건이 변함에 따라 열전달 표면 부근의 유체상태가 액체에서 기체로 바뀌면서 열전달계수가 급격히 감소하는 현상을 말한다. 임계 열유속 발생 시 핵 비등 영역에서 순간적으로 막 비등 영역으로 넘어가면서 원전 시스템의 물리적 파괴를 일으킬 수 있게 된다. 따라서 임계 열유속 현상은 시스템 설계 및 안전해석 뿐만 아니라, 열교환 및 냉각 장치 설계에서 중요하게 고려되고 있다. 특히, 비등 열전달 시스템에서 임계 열유속 발생 시 시스템의 물리적 손상을 야기하게 된다. 따라서 원전 시스템을 보호하면서 성능을 극대화시키기 위해서는 임계 열유속 향상이 필수적이며, 임계 열유속 향상을 위한 대안 중 하나로서 열적 특성이 우수한 나노유체를 열전달 시스템에 적용하여 임계 열유속 향상을 위한 연구가 지속되고 있다. 따라서 본 연구에서는 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체를 사용하여 각각 0.5 m/s, 1.0 m/s, 1.5 m/s의 유속에서 임계 열유속과 열전달 계수를 측정하였다. 그 결과 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 유속이 증가 할수록 임계 열유속이 증가하는 것을 확인 하였으며, 순수물과 비교하여 최대 62.64% 증가함을 확인하였다. 그리고 산화 처리된 다중벽 탄소나노튜브 나노유체의 비등 열전달 계수 또한 유속이 증가 할수록 비등 열전달 계수가 증가하는 것을 확인하였며 최대 24.29% 증가함을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제4권1호
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• pp.59-66
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• 1995

본 연구에서는 액체 유동층 열교환기의 수직관내에 유리알 (직경 3.0mm, 비중 2.54) 이 물과 함께 흐를 때 압력 손실, 열전달 계수 및 화울링 계수를 측정하였다. 실험 결과 유리알은 1.0 m/s 이하의 낮은 유속에서 열전달을 증진시켰고 실험범위 내에서 열전달 계수는 유속 및 고체의 흐름양에 관계없이 거의 일정하였다. 압력 손실은 고체의 흐름양이 증가할수록 급격히 증가하였다. 실험 결과를 토대로 압력손실 및 열전달 계수를 예측할 수 있는 상관식을 개발하였다. 유리알 유동층 흐름은 화울링 조절에 효과적인 것으로 일어나지 않았고 이미 화울링이 심하게 일어난 때에도 유리알은 효과적으로 산화철을 제거할 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권3호
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• pp.269-278
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• 2011

본 연구에서는 구리 재질의 평판 핀과 나선형 핀-관 열교환기에 대하여 핀 피치와 열수의 변화에 따른 공기측 전열성능을 검토하였다. 두 형상 모두 핀 피치가 열전달계수에 미치는 영향은 미미하였다. 마찰인자는 핀 피치가 증가하면 증가하였다. 열수가 미치는 영향은 형상에 따라 다르게 나타났다. 평판 핀-관 열교환기의 경우 열전달계수는 열수가 증가할수록 감소하였다. 하지만 나선형 핀-관 열교환기의 열전달 계수는 열수가 증가하면서 그 값이 증가하는 경향을 보였다. 평판 핀-관 열교환기의 열전달계수는 나선형 핀-관 열교환기의 열전달계수보다 높게 나타났다. 하지만 열수가 증가하면 그 차이가 줄어들어 4열이 되면 거의 같았다. 한편 마찰인자는 평판 핀-관 열교환기에서 다소 높게 나타나고 열수의 영향은 크지 않았다. 본 실험 데이터를 기존 상관식의 예측치와 비교하였다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1997년도 춘계학술발표회논문집(1)
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• pp.279-285
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• 1997

본 연구에서는 나선형과 판형의 핀을 가진 원자력 발전소용 직교류 핀-관 열교환기의 열량을 ARI Standard-410에 따라 실험적으로 측정하여 풍속과 냉수속에 따른 열저항 및 압력 손실을 도출하는 것을 목적으로 하였으며, 이러한 시도를 통해서 실제 열교환기의 성능 평가시 필요한 기술적 자료를 축적하고자 하였다. 실험에서는 나선형 6fin/in, 8fin/1n, 10fin/in 열교환기와 판형 8fin/in 열교환기를 사용하였으며, 풍속을 0.486m/s와 2.214m/s로, 수속을 1m/s～4m/s로 하여 실험을 행하였다. 실험 결과를 통하여, 원자력 발전소의 격납 용기내의 공기조화를 위하여 사용되어 지는 열교환기의 성능 평가 방법 및 실증 능력을 확보하였으며, 풍속 증가에 따라 총괄 열전달 계수는 전체적으로 비례 증가하는 경향을 보였다. 판형이 나선형 보다 열전달 계수가 작게 나타났으며, 나선형 열교환기의 경우 fin수에 따른 변화는 크지 않았으나, 열전달 면적을 고려한 경우에는 나선형 10fin/in 열교환기가 가장 뛰어난 열교환 성능을 발휘함을 알 수 있었다. 또한, 공기측의 압력 손실은 전체적으로 전연 풍속 증가에 따라서 속도 제곱에 비례하여 증가하는 경향을 보였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.589-589
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• 2013

열전재료는 제백효과(Seebeck effect)에 의해 폐열을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 소재로서, 기존의 열전재료가 나노수준으로 크기가 줄어들 경우 양자제한효과에 의한 제백계수의 증가와 표면산란에 의한 열전도도 감소로 인해 벌크재료에 비해 높은 에너지변환효율을 가질 수 있을 것으로 기대되고 있다. 에너지 변환효율은 열전성능계수인 $ZT=S2{\sigma}T/k$로 정의되며 따라서 우수한 열전재료는 높은 제백계수 S와, 높은 전기전도도 ${\sigma}$ 및 낮은 열전도도 k를 갖는 재료여야 한다. 그러나 나노소재는 낮은 측정 신호와 측정소자준비가 어려워 기존 측정시스템으로는 원활한 측정이 어렵다. 특히 열전도도의 경우 나노소재 자체의 열전도 보다 나노소재 주변 구조에 의한 열전도가 큰 경우 정확한 열전도도 평가가 어렵다. 본 연구에서는 나노선의 열전물성을 평가하기 위해 MEMS기반 기술을 이용하여 열전물성 측정플랫폼(MEMS-based thermoelectric measurement platform, MTMP)을 개발하였다. 개발 된 MTMP는 얇은 Si nitride 브릿지들이 허공에 떠 있는 두 개의 아일랜드 형태의 멤브레인 구조를 지지하는 형태로 제작되었으며, 한 쪽 아일랜드구조 위에는 나노히터가 있어 두 아일랜드 구조 사이에 온도구배를 만들 수 있도록 제작되었다. 제작된 멤브레인을 이용하여 전기화학적인 방법으로 합성한 Bi-Te계 나노선의 S, ${\sigma}$ 그리고 k를 측정하였다. 측정결과 화학양론적 미세구조를 갖는 단결정 Bi2Te3 나노선은 300 K의 측정온도에서 $S=-57{\mu}V/K$, ${\sigma}=3.9{\times}10^5S/m$, k=2.0 W/m-K의 측정 값으로 ZT=0.19였다. 본 연구에서 개발한 MTMP는 나노선 뿐만 아니라 나노플레이트의 열전 측정에도 활용할 수 있는 구조로서 나노열전소재 측정에 널리 활용될 수 있다.