NbCoSn-based half-heusler thermoelectric materials are promising materials for next-generation eco-friendly energy that not only have excellent mechanical properties and thermal stability but also consist of low-cost elements compared to other thermoelectric materials, showing advantages. However, the high thermal conductivity of the material contributes to the low value of the Figure of merit, ZT, which represents the thermoelectric performance, and is limited in its practical use. We performed a study to reduce thermal conductivity by forming ultra-fine grain size of NbCo$_{1.1}$SnSb$_{0.1}$ Heusler thermoelectric materials. Ball milling of the amorphous NbCo$_{1.1}$Sn ribbon formed NbCo$_2$Sn full Heusler nanocrystals for the formation of heterogeneous nucleation sites, which were confirmed by the Atom probe tomography, STEM, and correlative research. In addition, Sb doping increased the electrical conductivity to obtain a ZT value of 0.57. We expect this study of grain size refinement via ball milling of amorphous alloys can be applied to other thermoelectric materials for improving ZT.
NbCoSn 기반 하프 호이즐러 열전 재료는 뛰어난 기계적 특성과 열적 안정성을 지닐 뿐만 아니라 다른 열전재료 대비 저렴한 원소로 구성되어 비용 면에서도 이점을 보이는 차세대 친환경 에너지로 유망한 재료이다. 하지만 이 재료의 높은 열전도도는 열전 재료의 성능을 나타내는 Figure of merit, ZT가 낮은 값을 갖는데 기여하며 실 사용이 제한되고 있다. 우리는 NbCo$_{1.1}$SnSb$_{0.1}$ 호이즐러 열전 재료의 결정립 크기를 미세화 하여 열 전도도를 낮추기 위한 연구를 진행하였다. 비정질 NbCo$_{1.1}$Sn 리본의 볼 밀링을 통해 비균질화 핵 형성을 위한 NbCo$_2$Sn 풀 호이즐러 결정을 형성시켰고 이를 통해 벌크 소결 후 미세한 결정립 크기를 갖는 것을 3차원 원자 단층 현미경과 투과 전자 현미경 등을 통해 확인하였다. 또한, Sb 도핑을 통하여 전기전도도를 증가시켜 0.57의 ZT 값을 얻는데 성공하였다. 비정질 합금의 볼밀링을 통해 결정립의 미세화에 관한 이 연구는 다른 열전재료에도 적용되며 ZT 값을 대단히 향상시키는데 기여할 것으로 예상된다.
