純相及摻氟之二氧化釩的合成和特性研究

Abstract

本實驗研究的材料為二氧化釩(Vanadium dioxide VO2)，是一種具有相變性質的過渡金屬氧化物。1959年F J Morin發現二氧化釩具有相變特性，VO2在金屬-半導體(metal-semiconductor transition MST)的轉變過程中，晶格結構會發生由金紅石相(rutile)到單斜晶相(monoclinic)的轉變，此時物理性質上也會隨之發生突變，如電阻會有2~5個數量級突變，同時伴隨著磁化率、光學折射率和反射率的改變，並且因為其相變溫度(約68℃)非常接近室溫，使其成為了受歡迎的?能材料研究對象。 不過VO2在熱傳導的部分卻沒有因為從半導體轉變為金屬後有所提升，於今年(2017)柏克萊團隊發現VO2中的自由載子在傳輸電荷的過程中卻不會傳輸熱能，形成一種導電卻不導熱的特殊現象，此種同時具有導電好卻導熱差的特性，非常具有發展成為熱電材料的潛力。而VO2還有另一項特點，即是釩對氧非常敏感，釩在大氣中可以+2、+3、+4、+5或混合價方式存在，所以合成不易，故本研究的重點為嘗試利用水熱法合成純相及摻氟之二氧化釩粉體，探討水熱條件、燒結條件、摻雜比例、還原劑的選擇和比例等對VO2粉體的影響。再對材料進行各項分析，包含XRD、SEM、DSC、密度、席貝克係數、導電率、霍爾量測等性質分析。 實驗結果顯示，以草酸最適合作為水熱反應之還原劑，在260℃下持溫12小時，可製備出顆粒大小均勻的VO2粉體，且VO2-xFx (x=0、0 025、0 05、0 1、0 15)的XRD圖中均呈現純相，代表F摻雜量未超出固溶極限。隨著F摻雜量增加，導電率和席貝克係數隨之提升，由DSC顯示相轉變溫度則隨之下降。?率因子(PF值)在摻雜量F=15%的30℃時有最大值，其值為8 797μW/mK^2。

Date of Award	2018 Aug 28
Original language	Chinese
Supervisor	Xiao-Ding Qi (Supervisor)