行星球磨暨熱壓燒結製備含鈉碲化鉛塊材及其熱電性質之研究

Translated title of the thesis: Thermoelectric properties of PbTe:Na bulk materials fabricated by planetary ball milling and hot-pressed sintering
  • 劉 昕融

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

PbTe 系合金是中溫區 (400~700 K) 熱電發電中最常用的熱電材料,其 ZT 值的研究主要集中在兩個方向:一、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) ;二、藉由摻雜使其散射聲子,降低熱傳導率而獲得較佳之熱電優值。 本研究以行星球磨法將鈉摻雜於 PbTe 粉體形成複合粉體,再以熱壓燒結於 450 ~ 550 ℃ 、 50 MPa 壓力下製成 PbTe : Na 複合塊材,檢討鈉摻雜量及熱壓燒結溫度對塊材的顯微結構及熱電性質的影響。 於製程上,有別於前人耗時耗能之熔煉法,本研究使用省時節能之行星球磨法,將鈉摻雜於PbTe粉體,再以熱壓燒結成為PbTe:Na熱電塊材。鈉摻雜量是由添加適量的Na2Te而得。利用行星球磨法所得之複合粉體之大小為1 ~ 5 μm,經熱壓燒結後會形成相對密度大於95%,晶粒大小為3 ~ 10 μm之緻密熱電塊材。摻雜的鈉粒子經熱壓燒結後並不存在於 PbTe 晶界上,而是於 PbTe 中產生間隙型固溶。 在熱電性質方面,PbTe : Na 塊材的電傳行為是隨鈉摻雜量而異,經鈉摻雜後會由p型半導體轉變成 n 型摻雜半導體的電傳行為。此外,?率因子 (S2σ) 則隨鈉添加量與量測溫度之增加而增加,其熱傳導率於整個量測溫度區間皆低於未摻雜之PbTe塊材,而鈉摻雜量 1 0 at % 之 PbTe : Na 複合粉體以熱壓燒結於 500 ℃ 燒結所得之塊材,其熱電優值 (ZT) 於 700 K 時有最大值 0 81。 n 型傳導的 PbTe : Na塊材其室溫載子濃度、相對密度與導電率是隨熱壓燒結溫度之增加而增加;而Seebeck 係數是隨燒結溫度之增加而減少,其中鈉摻雜量為1 5 at % 的PbTe:Na-550 ℃ 塊材,其?率因子在 650 K 時有最大值 1 33 mW/m-K2,此值為未摻雜鈉的 PbTe-550 ℃ 塊材之?率因子 (0 105 mW/m-K2) 的 28 4 倍。
Date of Award2014 Aug 8
Original languageChinese
SupervisorChii-Shyang Hwang (Supervisor)

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