■ 양이온교환을 통한 CuFeS 합성 및 최적화 구리 칼코겐화물 나노입자가 양이온교환에 활용되는 이유는 구리 칼코겐화물이 유지할 수 있는 구리 vacancies가 많기 때문에 vacancies 확산에 의해 빠르고 효율적인 이온 교환을 할 수 있기 때문임. 따라서 구리황화물 나노입자로부터 3d 전이금속 양이온 교환을 통한 CuMS 반도체 나노입자 합성을 성공적으로 이룰 것임.- CuMS(M=V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni) 나노입자 중 가장 활발한 연구가 진행된 것은 CuFeS임.-구리황화물(Cu2-xS)에 Fe 전구체를 이용하여 양이온교환을 통해 CuFeS나노입자를 합성할 것임. 대표적으로 CuFeS2, Cu5FeS4 구조가 있지만, 양이온교환의 특성으로 준평형상태의 Doped, Metastable, heterostructure 나노입자가 합성될 것음.-이에 따라 구리황화물에 교환되는 Fe비율, Cu:Fe 양을 미세하게 조절할 수 있을 것임.- 비율을 조절하는 방법으로 Precursor양 조절, 양이온교환 매개체 양 조절, 온도와 반응시간 조절 등이 있으며 특히 매개체로 사용하여 Cu 및 vacancy를 활성화시켜 반응을 유도함으로 매개체 선정 및 양조절이 중요함.-본 연구팀에서는 선행연구에서 구리황화물(Cu2-xS)에 Fe precusor를 양이온교환을 이용하여 CuFeS2 나노입자를 성공적으로 합성하였음. Cu:Fe 비율을 조절하기 위해 양이온교환 매개체인 1-Dodecanethiol의 양을 조절한 결과 Fe의 양이 Cu에 대비하여 0-100%까지 미세하게 조절되었고, 중간비율에선 Cu2-xS와 CuFeS2의 준평형상태 Metastable물질이 생성되었음.■ 열전소자 측정- 열전재료는 폐열을 전기로 변환할 수 있으며 유망한 대체 에너지원임. 열전재료의 상업적 채택은 합성 방법의 복잡성이나 비싸고 위험한 화학 물질의 사용으로 인해 방해를 받고 있음. 따라서 저렴한 화학 물질로부터 무독성 열전재료를 만드는 방법을 찾는 것이 필수적임. -벌크 재료의 경우 Seebeck 계수가 증가하면 일반적으로 전기 전도도가 감소하여 Wiedemann-Franz 법칙(κ/σ = LT, σ 및 κ는 각각 전기 및 열 전도도, L=로렌츠 상수)에 표시된 대로 열전도율이 감소하고, 이는 열전 재료의 실제 적용을 위한 장벽을 생성함. 그러나 물질의 크기가 나노미터 규모로 줄어들면 양자 구속 효과가 도입되어 전자 구조가 변경되기 때문에, 전자 상태 밀도의 극적인 차이가 발생하여 S, σ와 κ는 준독립적임. 따라서 전자 상태 밀도의 급격한 변화는 높은 Power factor과 높은 ZT를 얻을 수 있음.-따라서 양자점 재료에서 열전분야는 중요한 응용분야이고, 그 중 CuFeS 나노입자는 열전분야의 재료로 많은 연구가 이루어지고 있음. 하지만 앞서 기술하였듯이, 직접합성법은 안정적인 비율로 합성이 제한되어, 최적의 열전효율을 얻기 제한적임. 양이온교환을 이용해 합성한다면 Cu:Fe비율에 따라 열전효율이 다르기 때문에 최적의 열전효율을 얻을 수 있을 것임.■ 양이온교환으로 합성된 비평형상태 Cu-Fe-S 나노입자 DFT, DOS Calculation-고려대 계산팀과의 공동연구를 통해 준평형 Metastable 상태 양자점 구조와 DFT, DOS 계산을 통해 이론적 근거를 얻을 것임.■ Cu-Fe-S 의 이온배터리 적용-유망한 전기화학적 특성을 가질 수 있는 CuFeS2 은 Sodium과 Lithium 이온배터리에서도 응용되고있음. 열전분야에서 가능성을 보이는 이 물질로 이온배터리에 적용해볼 것임. ■ 양이온교환을 통한 CuMS(M=V,Cr,Mn,Co,Ni)나노입자 합성 및 응용-다른 3d 전이금속을 양이온교환을 이용하여 CuMS을 합성하고 위에서 언급한 목표에 따라 연구가 진행될 것임.
