鎂矽錫合金熱電特性研究及應用

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姓名

黃俊杰(Jyun-Jie Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

鎂矽錫合金熱電特性研究及應用
(Thermoelectric Properties of Mg2(Si,Sn) Alloy)

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摘要(中)

熱電效應是一種熱能與電能之間轉換的效應，其環保價值非常的高，可以應用在許多方面，例如廢熱回收。近年來講求綠能，需要保護地球，積極地在開發綠色能源，熱電效應本身就是一個良好的綠色能源，因此科學家正在努力研究如何提升ZT優值。
本研究主要探討在鎂矽塊材中，加入錫元素，並加以用火花電漿燒結和冷壓後燒結成塊材，量測範圍為室溫到473K，並且討論其塊材特性及未來可以如何去改善。

摘要(英)

Thermoelectric effect can be used for waste heat recycling. Because thermoelectric effect can be employed for waste heat energy scavenging, scientific researches have been working on how to improve the figure of merit(ZT).
This study focused on the Mg2(Si,Sn) bulk material. Magnesium silicide formed by reaction of silicon and magnesium, followed by the mixing of the tin and cobalt nanopowder before sintering. After sintering, the ZT was measured from room temperature to 473 K.

關鍵字(中)

★ 熱電材料
★ 鎂矽錫

關鍵字(英)

★ Mg2(Si,Sn)
★ thermoelectric

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
第一章、導論 1
1-1前言 1
1-2 熱電歷史 2
1-3研究動機 4
第二章、實驗方法與儀器量測 5
2-1 一步金屬輔助化學蝕刻法（One-step MACE） 5
2-2 火花電漿燒結法(Spark Plasma Sintering，SPS) 6
2-3冷壓後燒結 7
2-4 儀器量測 8
2-4-1 Seebeck量測 8
2-4-2 電導率量測 10
2-4-3 密度量測 11
2-4-4 熱擴散量測 12
2-4-5 比熱量測 13
2-4-6 熱導率量測 14
2-4-7 高解析雙束型聚焦離子束系統 14
2-4-8 高解像能電子顯微鏡 14
2-4-9 X光熱射分析(X-ray diffraction, XRD) 15
第三章、實驗流程與步驟 17
3-1前言 17
3-2 實驗流程設計 18
3-3 實驗步驟 19
3-3-1 蝕刻矽奈米線 19
3-3-2 N type摻雜 20
3-3-3 P type摻雜 20
3-3-4 鎂高溫熱反應 21
3-3-5收集矽奈米線及粉末混合 21
3-3-6火花電漿燒結與冷壓後燒結 22
第四章、實驗結果與討論 29
4-1 前言 29
4-2 觀察分析 30
4-2-1 SEM 30
4-2-2 TEM 44
4-3 塊材之XRD分析 49
4-3-1 SPS 49
4-2-2 冷壓後燒結 54
4-4 塊材之電導率 61
4-4-1 SPS 61
4-4-2 冷壓後燒結 62
4-5 塊材之席貝克係數 64
4-5-1 SPS 64
4-2-2 冷壓後燒結 65
4-6 塊材之功率因子 66
4-7 塊材之熱導率 68
4-7-1 SPS 68
4-7-2 冷壓後燒結 70
4-8塊材之ZT值 73
4-8-1 SPS 73
4-8-2 冷壓後燒結 74
第五章、結論 76
參考文獻 77

參考文獻

[1]Lon E. Bell, “Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems”, Science 321, 2008, 1457-1461
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[4] Weijun Luo,, Meijun Yang, Fei Chen, Qiang Shen, Hongyi Jiang, Lianmeng Zhang, “Fabrication and thermoelectric properties of Mg2Si1−xSnx (0≤x≤1.0) solid solutions by solid state reaction and spark plasma sintering”, Materials Science and Engineering B 157, 2009,96-100.
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[6]Bai, Fan, et al. "Template-free fabrication of silicon micropillar/nanowire composite structure by one-step etching." Nanoscale research letters 7,1(2012).
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[10]林麗娟,“X光繞射原理及其應用”,工業材料86期,1994,P100-P109.

指導教授

辛正倫(Cheng-Lun Hsin)

審核日期

2017-7-17

推文