鈦過量對摻鑭鈦酸鍶塊材熱電性質之影響

Abstract

隨著環保意識興起，新能源的開發及節能減碳，已經成為現今人類發展的重要議題。熱電材料透過溫差即可將熱能與電能轉換，為一受到期待的?能材料，在溫差發電及熱電致冷方面都具有廣泛的應用價值，其中陶瓷熱電材料具有成本低廉、無毒、無污染等之優點，是深具發展潛力的材料。 陶瓷材料中之鈦酸鍶是?能性非常多元的材料，具有介電常數高、介電損耗低、Seebeck係數高及熱穩定性好等之優點，是科學家積極研究的熱電材料。稀土元素的摻雜為提升鈦酸鍶熱電性質的常見手段，其中以鑭摻雜之鈦酸鍶在前人的研究中具有最佳熱電性質。此外，鍶與鈦的計量調整為改善鈦酸鍶熱電性質的一個新方向，當鈦過量時材料內會有第二相生成，進而影響鈦酸鍶的熱電性質。 因此，本研究以鈦過量的摻鑭鈦酸鍶為研究材料，實驗以固相反應法合成粉末，將粉體成型後於氬氫還原氣氛(5% H2-95%Ar)中以1500 ℃燒結4小時成為Sr0 92La0 08TixO3(x = 1 00 ~ 1 10) 塊材，並探討鈦過量塊材之結晶相、微結構、電傳導與熱傳導特性及熱電性質的影響。 結晶相與微結構方面，諸試樣均為鈦酸鍶單一相，鈦過量對晶粒大小無顯著影響，整體晶粒皆呈現近圓球狀，其平均粒徑大小為2 ~ 3 μm，塊材之相對密度為90 ~ 92 %。 電傳導率方面，隨著鈦過量的增加，電傳導率呈現先增後減之趨勢，顯示微量鈦過量有助於電傳導率之提升，1 04 Ti試樣具有最高之?率因子(Power factor)，其值約為1 03 mW/m-K2。Seebeck係數方面，諸試樣皆為n型半導體，鈦過量對Seebeck係數影響不大。熱傳導率方面，隨著鈦過量的增加，電傳導率的提升，使得熱傳導率也隨之增加，故無鈦過量之1 00 Ti試樣具有最低之熱傳導率。 綜合各項熱電性質所計算之試樣ZT值，結果顯示鈦過量之諸試樣，其ZT值均高於無鈦過量之試樣，表示鈦過量是能有效提升摻鑭鈦酸鍶熱電性質的方法，1 04 Ti試樣具有最高ZT值，在673K時約為0 13。

Date of Award	2018 Aug 30
Original language	Chinese
Supervisor	Chii-Shyang Hwang (Supervisor)