矽化鎂基粉體製備暨塊材熱電性質之研究

Translated title of the thesis: Powder preparation and thermoelectric properties of Mg2Si-based materials
  • 楊 覲

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

Mg2Si 基合金屬中溫型熱電材料之一,其發展前景可期,近年來逐漸受到關注。 Mg2Si 基合金具有重量輕、價格便宜且不具毒性等優點,有利於日後中溫型熱電模組系統的推廣與應用;其 ZT 值的研究主要集中於調控熱電塊材的載子濃度,進而增加塊材的電傳導率,以提升?率因子 (power factor)。 於製程上,由於 Mg2Si 基合金之各項元素組成的熔點差異極大,故不易進行熔煉製作,因此本研究利用固相反應法,將銻摻雜於 Mg2Si 基粉體,利用熱處理的方式先行將各元素以固相擴散反應的方式鍵結成 Mg2Si 基粉體,而後再利用熱壓燒結製備合金塊材。實驗是探討熱處理暨熱壓燒結參數對粉體及塊材的晶相、成分及微觀結構的影響,並檢討銻摻雜量對塊材的顯微結構及熱電性質的影響。 在熱電性質方面,無 Sb 摻雜的 Mg2Si 塊材,其電傳行為是隨著溫度的增加會有由p型半導體轉變成 n 型半導體; Sb 摻雜的 Mg2Si:Sb0 005 塊材則為 n 型摻雜半導體的電傳行為,其電傳導率是隨著溫度的增加而增加, Seebeck 係數則略微減少。 800 oC 熱壓燒結所得之 Mg2Si:Sb0 005 塊材,其?率因子 (S2σ) 於 765 K 時有最大值 ,為 0 0274 mW/m-K2。 無 Sb 摻雜的 Mg2 16(Si0 4Sn0 6) 塊材,隨著溫度增加亦會有由p型半導體轉變成 n 型半導體的電傳行為;Sb 摻雜的 Mg2 16(Si0 4Sn0 6)1-ySby (y=0 0075 0 015 0 025) 塊材則為 n 型摻雜半導體的電傳行為,其電傳導率隨著溫度的增加而增加, Seebeck 係數則減少。諸試樣中以 650 oC火花電漿燒結所得之 Mg2 16(Si0 4Sn0 6)0 975Sb0 025 塊材,其?率因子 (S2σ) 於 710 K 時有最大值 1 03 mW/m-K2,此值為無 Sb 摻雜的 Mg2 16(Si0 4Sn0 6) 塊材之?率因子 (0 0513 mW/m-K2) 的 20 1 倍。Sb 摻雜的 Mg2 16(Si0 4Sn0 6)1-ySby (y=0 0075 0 015 0 025) 塊材其熱傳導率於 473 K - 573 K量測溫度區間皆低於未摻雜之 Mg2 16(Si0 4Sn0 6) 塊材。650 oC 火花電漿燒結所得之 Mg2 16(Si0 4Sn0 6)0 975Sb0 025 塊材,其熱電優值 (ZT) 於 573 K 時為 0 2。
Date of Award2015 Aug 21
Original languageChinese
SupervisorChii-Shyang Hwang (Supervisor)

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