전기수력학적 분사법과 전해증착법을 이용한 일차원 Ag-Te 나노와이어 합성 및 열전특성 평가

Abstract

칼코지나이드는 주기율표상의 6족원소인 S, Se, Te중 하나 이상을 포함하는 이원계 이상의 화합물을 말한다. 열 및 빛에 의해서 비정질에서 결정질로의 상변화, 금속 및 반도체 특성, 전자 및 이온 전도성을 나타내는 재료이다. 따라서 다양한 성질을 가지는 재료적인 특징으로 상변화 메모리, 광소자, 열전, 태양전지 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 대면적, 수 m 이상 연속으로 나노와이어 합성이 간단한 전기수력학적 분사법(electrospinning)과 원하는 균일한 두께로 증착이 가능하고 친환경적이며 재료에 대한 낭비가 없고 실온에서 합성이 가능한 전해증착(electrodeposition) 방법을 융합하여 ultra-long Ag 나노와이어를 전기수력학적 방법으로 합성하고, 그 다음 Te 용액에 Ag 나노와이어를 장입하여 일정한 두께로 Te를 전해증착법으로 증착하였다. Te 증착을 위해 전계(electric field)를 가해주면 Te은 Ag위에 증착이 되고 Ag은 동시에 Te 안으로 침투를 하는 전기화학적 반응으로 인해 Ag2Te 나노튜브로 열처리 없이 합성하였다. Ag2Te는 약 150℃를 전 후로, 145℃ 이하에서는 monoclinic phase 구조를 갖고, 150℃ 이상에서는 cubic phase 구조로 상 변화 (phase transport)가 일어난다. Monoclinic phase에서는 작은 band gap 에너지, 높은 전하이동도 및 낮은 열 전도도 특성을 갖는 반도체 특성을 갖고, 150℃ 이상의 온도에서는 superionic 전도체 특성을 갖는다. 위와 같은 특성들로 인해 Ag2Te는 상 변화 메모리소자, 열전소자, 자기저항소자(magnetoresistance)로 응용이 가능하다. 최근에는 단결정 (single crystallinity)에서 이방성(anisotropic) Dirac cone band gap 모양을 가지는 독특한 topological insulator 특성 때문에 많은 연구자들의 폭발적인 흥미를 끌어 이론 및 실험적으로 많은 연구가 진행되고 있다.