Graphene, which has superior mechanical, electrical, optical and thermal properties, has attracted many researchers since it was firstly discovered. There are many efforts to utilize graphene as a thermoelectric material which is highly prospective in environment friendly energy field. In order to do that, reducing thermal conductivity of graphene is necessary.
In this study, we used strategy of subdomain formation within graphene which can effectively drop the thermal conductivity of graphene without affecting electrical conductivity. We synthesized graphene including nano sized subdomain via Mobile Hot Wire CVD system that enables sequential heating of sample, and confirmed the formation of subdomains within the graphene via TEM analysis. After then, we measured Seebeck coefficient, electrical conductivity of graphene respectively and calculated power factor value. Hotwire scanned graphene shows 1.25 times higher power factor than graphene synthesized via conventional CVD system. It is expected that further measurement of thermal conductivity can verify suitability of hotwire graphene as a thermoelectric material.
그래핀은 발견된 이래로 우수한 기계적, 전기적, 광학적, 열적 특성을 가져 많은 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 차세대 친환경 에너지 분야에서 높은 잠재성을 가진 열전소재 분야에서도 그래핀의 독특한 특성을 활용하기 위해 다양한 시도들이 보고되고 있는데, 그래핀을 열전소재에 적용하기 위해서는 가장 먼저 그래핀의 높은 열전도도를 효과적으로 낮추는 연구가 반드시 필요하다.
이를 위해 본 연구에서는 그래핀의 전기전도도를 크게 저하하지 않으면서 열전도도를 효율적으로 감소시킬 수 있는 그래핀 결정립 내 서브도메인 형성이라는 접근법을 취하였다. 이동 가능한 열선을 이용하여 연속적인 열처리가 가능한 모바일 핫와이어 화학 기상 증착 시스템을 통해 여러 성장변수를 조절하면서 서브도메인을 갖는 최적의 그래핀을 합성하였고 이를 TEM 분석을 통해 확인하였다. 이렇게 만들어진 그래핀의 제벡계수와 전기전도도를 측정한 결과 일반적인 기상 증착 방법으로 성장시킨 다결정 그래핀에 비해 약 1.25 배 높은 파워팩터를 가져 열전물질로서 더욱 좋은 활용성을 갖는 것을 확인하였다. 추가적으로 그래핀의 열전도도를 각각 측정하여 열전 성능 지수인 ZT 값을 산출한다면 단일 열원을 갖는 기상 증착 시스템을 이용하여 제작한 그래핀에 비하여 나노 도메인을 갖는 그래핀이 더욱 향상된 성능을 보일 것으로 기대된다.
