N型鎂矽錫熱電材料之製程開發及模組研究

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莊博宇(Po-Yu Chaung) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

N型鎂矽錫熱電材料之製程開發及模組研究
(Process Innovation and Module Development of N-type Mg2(Si,Sn) Thermoelectric Materials)

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摘要(中)

近年來由於能源的枯竭以及環保意識的抬頭，因此尋找替代能源以及綠能發電是現在一大趨勢，因此熱電發電作為減少這些問題影響的手段已引起關注。熱電材料是一種能將電能與熱能交互轉換的材料，此種材料能夠在足夠的溫差下產生電動勢，達到以熱生電的現象。在另一方面也能夠在供給一電流下產生吸熱或放熱的效應，進而達到以電生熱或製冷的現象。而影響熱電轉換技術的好壞主要取決於材料本身的熱電優值(ZT)，因此，如何有效的提升材料的ZT優值是目前研究的重要課題。
鎂矽錫是高性能熱電發電機的有前途的熱電材料，本研究透過矽摻雜反應，製作出N-type之奈米矽粉末，與鎂、錫、奈米铋粉末並添加奈米錳矽化合物加以混合後冷壓成塊材，再用不同溫度及不同退火方式，形成鎂矽錫合金，最後再添加不同比例的錳矽化合物來改善其特性。本實驗將分析出特性最好的製程，並使用其製程製備塊材來製作模組，並量測其熱電特性。

摘要(英)

In recent years, alternative and green energy has been a trend due to energy exhaust and environmental awareness. Thus, thermoelectricity has attracted the attentions. Thermoelectric material can create electromotive force under given temperature difference and perform exothermic and endothermic reaction under given electric current. What really differentiates thermoelectric transformation depends on the materials figure of merit (ZT). Therefore, the enhancement of the material’s ZT value is an important topic.
Mg2(Si,Sn) is a promising thermoelectric material for high performance power generator. Magnesium, silicon, tin bismuth and Mn5Si3 nanopowders were prepared and pressed into bulk materials for different temperatures and annealing prcesses to form the alloy.A thermoelectric module is fabricated and measured to prove its thermoelectric characteristics. A maximum output power (13.2μW) is achieved.

關鍵字(中)

★ 鎂矽錫
★ 熱電材料
★ 熱電模組

關鍵字(英)

★ thermoelectric material
★ thermoelectric module

論文目次

致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第1章、緒論 1
1-1 前言:[1] 1
1-2 常見熱電材料簡介: 2
1-3 熱電市場分析: 4
1-4 研究動機: 5
第2章、基礎理論及實驗儀器 6
2-1 熱電效應: 6
2-2 錳矽化合物簡介: 8
2-3 鎂矽錫合金材料簡介: 9
2-4 量測儀器: 11
2-4-1 電導率量測: 11
2-4-2 Seebeck 量測: 13
2-4-3 熱擴散係數量測 15
2-4-4 密度量測 15
2-4-5 比熱量測: 16
2-4-6 熱導率計算: 17
2-4-7 熱電優值 ZT: 17
2-4-8 結構分析: 18
2-4-9 晶體結構分析: 19
2-4-10 模組電性量測 20
第3章、材料準備方法與步驟 23
3-1 前言 23
3-2 材料準備流程: 24
3-3 材料製備 25
3-3-1 矽粉球磨: 25
3-3-2 N-type 矽粉摻雜: 26
3-3-3 N-type Mn5Si3 粉末製作: 28
3-3-4 混合Mg、Sn、Si、Bi以及Mn5Si3: 32
3-3-5 冷壓成塊材: 33
第4章、製程開發與實驗結果 34
4-1 前言: 34
4-2 製程開發方向: 35
4-3 高溫退火測試: 37
4-3-1 快速降溫方法:[17] 37
4-3-2 緩慢降溫方法:[17] 38
4-4 添加Mn5Si3緩慢降溫法: 39
4-5 快速降溫後長時間退火: 44
4-5-1 回加各比例鎂粉末: 44
4-5-2 改變原先Mg之比例: 45
4-5-3 添加Mn5Si3: 49
4-6 模組製作: 54
4-6-1 使用快速降溫法參數製作模組及量測: 54
4-6-2 使用緩慢降溫法參數製作模組及量測: 59
第5章、結論 62
參考文獻 64

參考文獻

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指導教授

辛正倫(Cheng-Lun Hsin)

審核日期

2020-7-28

推文