釹鏑共摻雜鈦酸鍶塊材之製備及其熱電性質之研究

Abstract

熱電材料是一種可以透過溫度梯度的變化，將熱能以及電能互相轉換的能源材料，其在溫差發電與熱電致冷方面具有相當廣泛的應用價值。鈦酸鍶具有無毒、高溫化學穩定性良好，以及透過摻雜異質原子就能具備不錯的電傳導性等優點，是一種具有發展潛力的氧化物熱電材料。 為提升鈦酸鍶塊材之熱電性質，本研究選用釹、鏑為共摻雜元素，以固相反應法分別製備Sr0 8Nd0 2TiO3及Sr0 9Dy0 1TiO3粉體，再依0 30 50 70 100 mole%之比例混合。經成形後，於1500 ℃還原氣氛中燒結6小時形成塊材。塊材之結晶相及顯微結構是以XRD及SEM分析，而熱電性質之量測範圍為303~673 K。 固相反應法製備之粉體除鈦酸鍶主相外，另含有少量第二相之Nd2Ti2O7或Dy2Ti2O7；但粉體經燒結成塊材後則僅含鈦酸鍶相，其相對密度介於92~94%。 各塊材之電傳導率皆是隨溫度之增加呈先增後減的趨勢，其電傳導行為是由半導體型轉成金屬型。各塊材的電傳導率是隨Dy成分比例的增加而減少，0Dy試樣 (Sr0 8Nd0 2TiO3) 具有最佳的電傳導率，於423 K下為1435 S/cm。各試樣的Seebeck係數絕對值是隨Dy成分比例的增加而增加，且所有試樣於量測區間均為N型半導體之特性。03Dy試樣 (30 mole% Sr0 9Dy0 1TiO3+ 70 mole% Sr0 8Nd0 2TiO3) 於573 K時，具有最高之?率因子為1250 μW/mK2。 熱傳導率方面，因Nd、Dy的摻雜比例能夠改變鈦酸鍶的晶格扭曲程度，實驗結果顯示，鈦酸鍶的晶格扭曲程度越大，能有效降低晶格熱傳導率。在所有塊材試樣中， 07Dy試樣於673 K所量測到的熱傳導率最低，為4 06 W/mK。 綜合各項熱電性質後所計算出各試樣的ZT值表現結果顯示，Nd及Dy共摻雜能夠有效提升鈦酸鍶的熱電性質，有共摻雜之07Dy試樣具有最佳之ZT值表現，於673 K為0 19，相較沒有共摻雜之10Dy試樣，ZT值提升了10 %；與0Dy比較，則ZT值提升了25 %。

Date of Award	2018 Aug 28
Original language	Chinese
Supervisor	Chii-Shyang Hwang (Supervisor)