과학연구

저원가 호이슬러열전재료

 2021.12.10.

위대한 수령 김일성동지께서는 다음과 같이 교시하시였다.

《인민경제의 주체화를 실현하기 위하여서는 무엇보다도 원료, 연료, 동력문제를 우리 나라 자원에 의거하여 더욱 원만히 해결하여야 합니다.》 (김일성전집》 제72권 287~288페지)

열전재료에 의한 전기생산과 랭각기술은 기계장치의 움직임과 화학반응을 동반하지 않고 가스방출이 없으며 수명이 길고 고체상태에서의 직접변환이 가능한것으로 하여 환경친화적인 기술로 세계적인 초점이 모여지고있다.

그러나 현재까지 일반적으로 리용되는 열전재료는 비스무트-텔루르열전재료로써 원가가 높고 독성재료들이 포함되는 결함이 있다. 열전재료의 광범한 응용은 독성이 없고 지구상에 풍부한 원소에 기초한 새로운 저원가 열전재료를 개발할것을 요구하고있다.

김일성종합대학 에네르기과학부에서는 열전랭각기술과 열전기생산에 효과적으로 리용될수 있는 저원가 열전재료인 철기초호이슬러열전재료의 개발을 연구과제로 선정하고 심도있는 연구사업을 벌려 이재료들의 물리적 및 열전기적특성을 리론적으로 해명하고 몇가지 재료들에 대한 제조방법을 확립하였다.

Fe2VAl, Fe2TiSi, Fe2TiSn, Fe2ZrSi, Fe2ZrSn 호이슬러재료들에 대한 리론적연구는 이러한 재료들을 모체재료로 한 재료들은 좁은 금지띠구조를 가지며 300~500K범위에서 우수한 열전특성이 나타나는 저온대역 열전재료들이며 물리적성질측면에서도 상대적으로 우수한 특성을 가진다는것을 보여주었다. 그림에 리론연구의 한가지 결과를 실례로 주었다.

Fe2TiSn0.75Si0.25재료의 열전특성상수변화
그림. 온도에 따르는 Fe2TiSn0.75Si0.25재료의 열전특성상수변화

재료제조에 관한 연구결과는 40h의 기계적합금화와 900℃에서의 플라즈마소결처리공정을 통하여 호이슬러구조의 Fe2VAl재료가 얻어지며 50h의 기계적합금화와 1 100℃에서의 플라즈마소결처리공정을 통하여 같은 구조의 Fe2TiSn재료가 얻어진다는것을 실험적으로 확증하였으며 현재 이재료들의 열전성능을 향상시키기 위한 연구사업이 진행되고 있다.

연구결과는 잡지《Journal of Alloys and Compounds》(2017, 693:462-467)에 《Theoretical investigation of stabilities and physical properties of low cost Fe-based full-Heusler materials》(http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.216)의 제목으로 출판되였다.