호이슬러(Heusler) 합금: Full Heusler와 Half Heusler의 차이

호이슬러(Heusler) 합금

Heusler 합금은 일반적으로 두 개의 전이 금속과 주족 원소(또는 전형원소)로 구성되지만 일부는 희토류 원소도 포함할 수 있습니다. 높은 자기 모멘트와 스핀 분극, 특이한 전자 및 자기 거동과 같은 다양한 특성을 나타냅니다. 이러한 특성으로 인해 Heusler 합금은 자기 메모리 장치, 스핀트로닉스, 열전재료 및 촉매 작용을 포함한 광범위한 응용 분야에서 활용 가능합니다.

 

호이슬러(Heusler) 합금의 예

호이슬러 합금의 예로는 Ni-Mn-Ga, Co2MnSi 및 Fe2VAl이 있으며, 이들은 자기 및 열전기 특성에 대해 광범위하게 연구되고 있습니다. Heusler 합금은 또한 미래의 양자 컴퓨팅 응용 분야에서 사용할 수 있는 고유한 전자 특성을 나타내는 재료로서의 잠재력에 대해서도 연구되고 있습니다.

Full Heusler alloy의 예

 

Half-Heusler 합금

Half-Heusler 합금은 Heusler 합금과 유사한 결정 구조를 갖지만 단위 셀당 원자 수의 절반만 포함하는 일종의 금속간 화합물입니다. 일반적으로 세 가지 요소로 구성되며 한 요소는 A 사이트를 차지하고 두 요소는 B 사이트를 공유합니다. 하프-호이슬러 합금의 화학식은 일반적으로 XYZ로 표시되며, 여기서 X는 Ti, Zr 또는 Hf와 같은 IV족 원소이고 Y는 V, Nb 또는 Ta와 같은 V족 원소이며 Z는 Cr, Mo 또는 W와 같은 VI족 원소로 이루어집니다. Half-Heusler 합금은 우수한 열전(thermoelectric) 특성을 가진 것으로 알려져 있어 열전 에너지 변환 응용 분야에 유망합니다. 이들은 높은 제벡 계수 (Seebeck coefficient), 낮은 열 전도율 및 높은 전기 전도율을 가지므로 폐열을 유용한 전기 에너지로 변환하는 데 효율적입니다. 또한 기계적 강도가 높고 고온에서의 안정성이 우수하며 내식성이 우수하여 열악한 환경에서 사용하기에 적합합니다. Half-Heusler 합금은 고유한 전자 및 자기 특성을 정보 저장 및 처리를 위한 새로운 유형의 장치 개발에 사용할 수 있는 spintronics와 같은 다른 분야에서도 가능성을 보여주었습니다.

 

Half-Heusler 합금의 예

• NiTiSn: 형상 기억 및 초탄성 특성에 대해 광범위하게 연구되었습니다. 또한 높은 제벡 계수로 인해 열전 재료 분야에 활용 가능합니다.
• ZrNiSn: 우수한 열전 특성으로 인해 주목을 받아 발전 및 냉각 응용 분야에 응용 가능합니다.
• HfCoSb: 열전 특성, 특히 높은 제벡 계수와 낮은 열전도율을 가진 것으로 알려져 있습니다.
• TiNiSn 기반 합금: 형상 기억 및 초탄성 특성에 대해 광범위하게 연구되었습니다. 높은 제벡 계수로 인해 열전 재료 분야에서의 응용의 가능성을 보여주었습니다.
• NbCoSn 기반 합금: 열전도율이 낮기 때문에 열전 응용 분야에 가능성이 있음을 보여주었습니다.
• CuZnSn 기반 합금: 열전 특성에 대해 연구되었으며 폐열 회수 및 태양 에너지 변환에 대한 가능성을 보여주었습니다.
• CoTiSb: 열전 특성, 특히 높은 제벡 계수와 낮은 열전도율에 대해 연구되고 있습니다.
• FeVSb: 자기 및 열전 특성에 대해 연구되어 스핀트로닉 및 열전 재료로서 응용 가능합니다.

 

이외에도 다양한 특성을 가진 Half-Heusler 합금이 존재합니다.

 

참고

금속간 화합물 (intermetallic compounds)

제벡(Seebeck) 효과의 의미와 응용 분야

열전 기술(Thermoelectric technology): 버려지는 열을 전기로 만드는  기술