Nanotechnology has attracted much interest in the field of energy and the environment. Likewise, there are so many studies of developing thermoelectric devices using $Bi_2Te_3$, $Sb_2Te_3$, $CoSb_3$, PbTe, and SiGe alloys, depending on the temperature range in use. Among these, $CoSb_3$ has skutterudite structure which can be used at moderate temperature of 500 ~ 600 K. This structure is known to increase the figure of merit ZT due to the effective phonon scattering. In nanoscale, the scattering effects are expected to be more effective in reducing the thermal conductivity with the help of the increased surface-to-volume ratio. In this study, it is presented that Co-Sb nanowires can be easily synthesized in AAO template using an electrochemical method. In the as-prepared state, Co-Sb nanowires have a low-crystallinity and can be transformed to $CoSb_3$ phase through an annealing process. Also the multilayered nanowires of Co and Sb elements can be synthesized and are selected to investigate the solid-state reaction of forming the intermetallic compounds between Co and Sb nanowires. The growth mechanisms and microstructure of Co-Sb nanowires and the kinetics of solid-state IMC formation and the effects of surface-to-volume ratio on the diffusion are discussed using SEM, XRD, and TEM analyses.
최근에 에너지와 환경 분야에 있어서 나노 기술이 큰 관심을 받고 있으며, 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 에너지 손실로 발생하는 열을 직접 전기적 에너지로 변환할 수 있는 열전 재료 물질은 친환경 소재로서 온도 범위에 따라 $Bi_2Te_3$, $Sb_2Te_3$, $CoSb_3$, PbTe, 그리고 SiGe 합금을 이용한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서 $CoSb_3$는 skutte-rudite라 불리우는 구조를 갖고 있으며, 500 ~ 600 K의 중온 열전재료로서 이용된다. 이 구조는 효과적인 phonon scattering으로 인해 열전 효율(ZT)을 증가시키게 된다. 그리고 나노와이어를 비롯한 나노크기의 구조에서 갖게 되는 quantum confinement효과와 부피에 대한 높은 표면적 비로 인해 전기적 특성을 향상과 함께 열전도도를 감소시켜 상당한 열전 특성 향상을 이룰 수 있음에 대한 많은 보고가 있다. 본 연구에서는 이러한 Co-Sb계의 나노와이어를 전해 도금을 통해 성장시키고, 열전재료로 쓰일 수 있는 나노와이어를 제작하여 구조 분석을 하였다. 그리고 이러한 제작 과정에서 Co/Sb multilayered 나노와이어를 연속 증착시킬 수 있었으며, 이를 이용해 확산을 통한 상변화를 관찰함으로써 나노와이어 크기 차이에 따른 확산 현상을 이해하고자 하였다.
