不同氣氛與銪摻雜對鉍銅硒氧熱電性質之影響

Abstract

本研究的主軸為氧化物熱電材料-鉍銅硒氧(BiCuSeO)，BiCuSeO屬於p型半導體，因其特殊的層狀結構，具有本質低的熱傳導率和高席貝克係數，是近來新興的氧化物熱電材料。但是相對於傳統的合金熱電材料而言，其導電率偏低，有待改善，通常可藉由合理的調控，例如摻雜低價數離子取代鉍(Bi3+)引入電洞，藉此提高導電率，進而提升熱電優值(ZT)。因此本研究的其中一部分即是藉由摻雜Eu2+來探討其對BiCuSeO的影響。另外，於今年(2016)有研究指出BiCuSeO並非典型的離子化合物，各個元素不是以單一價態存在，有變價現象，而合成氣氛對元素價態影響甚大，故本研究的另一部分試圖探討不同氣氛對合成BiCuSeO及其性質之影響。 論文內容將分為兩個部份，分別探討不同合成氣氛與不同銪摻雜量對BiCuSeO的影響。實驗上皆以固相反應法合成BiCuSeO樣品，再進行各項材料分析，包含XRD、SEM、EBSD、TEM、DSC、密度量測、席貝克係數、霍爾量測、導電率、熱傳導率、熱電優值等性質分析。 實驗結果顯示，在100ppm O2-Ar、Ar、3% H2-Ar三種不同氣氛條件下均可藉由固相反應法在800°C下合成BiCuSeO之純相，但Rietveld晶體結構分析發現三組樣品的氧位置佔有率不同，依序為1 12、1 01、0 69，而晶格常數也有變化，大小次序恰與其相反。在不同氣氛下合成的BiCuSeO席貝克係數皆為正值，屬於p型材料，席貝克係數大小依序為Ar組 > 100ppm O2-Ar組 > 3% H2-Ar組。三組樣品導電率在室溫以上皆隨溫度上升而下降，屬於金屬型導電特性，導電率大小依序為3% H2-Ar組 > 100ppm O2-Ar組 > Ar組，但當溫度低於213K，在Ar氣氛合成之樣品其導電率隨溫度上升而上升，屬半導體型導電特性。 Bi1-xEuxCuSeO(x=0 0 05 0 10 0 15)均可藉由固相反應法在750°C下合成，樣品皆呈現單一純相，摻雜量可達15%仍未超出固溶極限。晶格常數隨摻雜量增加而上升，可間接證明Eu已摻雜進入主體晶格中。摻雜Eu之樣品席貝克係數仍為正值，沒有改變p型屬性，但席貝克係數隨摻雜量增加而下降。摻雜Eu樣品的導電率在測量溫度範圍(約300~700K)內皆隨溫度上升而下降，屬於金屬型導電特性，其導電率大小隨摻雜量增加而上升。

Date of Award	2016 Aug 30
Original language	Chinese
Supervisor	Xiao-Ding Qi (Supervisor)