以硫化物調變P型鎂矽錫熱電材料之研究及模組製作

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王佳敏(Chia-Min Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

以硫化物調變P型鎂矽錫熱電材料之研究及模組製作
(P-type Mg2(Si,Sn) Thermoelectric Materials and Modules Assisted by Metal Sulphide Nanoparticles)

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摘要(中)

近十幾年來因全球暖化所以再生能源倍受重視，除了熟知的風力發電、太陽能發電與水力發電外，熱電發電也成為一個越來越廣為人知的綠色能源。
熱電材料能將熱能直接轉換為電能，根據此特性熱電材料能應用在許多產生廢熱的裝置上，且轉換過程並不會再對環境造成額外汙染，是一個非常有發展潛力的綠色能源。而熱電材料的好壞可以由ZT優值判斷，越好的熱電材料具有越高的ZT值，因此盡可能地提高ZT值也是我們不斷追求的。
本研究嘗試各種不同組合的鎂矽錫比例，並個別測試不同的溫度和時間使粉末充分反應，過程中評估數據並多方嘗試改善，我們會選擇適合的元素摻雜其中來提高熱電性質。
透過實驗我們可以得出此燒結方式的最佳製程參數，將粉末經過冷壓以及退火後可以得到良好的試片，再與實驗室其他同學相匹配的熱電材料來建構熱電模組，最後量測此模組的熱電特性，在最大溫差到達136℃時，功率為3.306μW。

摘要(英)

In recent decades, thermal power generation has become an important topic.Thermoelectric materials with high ZT values is on the demand for this purpose.
In this study, p-type Mg2(Si,Sn) by different process temperatures and parameters was tested to improve the thermoelectric properties. A module was fabricated by the best process control and the maximum power output is 3.306μW under 136℃ temperature difference.

關鍵字(中)

★ 熱電材料
★ 熱電優值
★ 熱電模組

關鍵字(英)

★ Thermoelectric material
★ Thermoelectric figure of merit
★ Thermoelectric module

論文目次

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 Mg(Si,Sn)熱電材料 2
1.2.2 硫化銅熱電材料(Copper Sulfides)[5] 4
1.3研究動機 6
第二章理論基礎 7
2.1 熱電效應 7
2.1.1席貝克效應(Seebeck effect)[7] 7
2.1.2 帕爾帖效應(Peltier Effect)[9] 8
2.1.3 湯姆森效應(Thomson effect)[11] 9
2.2 熱電優值(thermoelectric figure of merit, ZT)[12] 10
第三章量測儀器與方法 12
3.1電導率量測 12
3.1.1 四點探針(Four-point probe)測量原理 12
3.1.2 實際測量 13
3.2 Seebeck量測 15
3.2.1 探針台(Probe Station)測量原理[16] 15
3.2.2 實際量測 16
3.3 熱導率量測 17
3.3.1 密度量測 17
3.3.2 熱擴散係數量測[18] 18
3.3.3 比熱量測 19
3.4 結構分析 20
3.5 材料分析 21
3.6 模組電性分析 23
第四章製程開發與步驟 25
4.1 前言 25
4.2 製程開發流程 26
4.3 實驗步驟 27
4.3.1矽粉末之球磨 27
4.3.2 P-type摻雜 28
4.3.3 粉末混和 29
4.3.4 冷壓塊材 29
4.3.5 高溫燒結 30
4.3.6 奈米硫化銅製備 31
第五章模組開發與製作 33
5.1 前言 33
5.2 模組開發流程 34
5.3 模組製作 35
第六章實驗結果與模組量測 37
6.1 實驗結果 37
6.1.1 溫度測試 37
6.1.2 退火時間測試 38
6.1.3 回加鎂補償損失 39
6.1.4 不同鎂比例測試 40
6.1.5 奈米鎂測試 41
6.1.6 添加硫化銅(CuS)測試 43
6.1.7 加binder測試 46
6.1.8 摻雜Cr元素 47
6.2 最終模組之試片 50
6.3 常壓可靠度測試 51
6.3 模組量測 52
6.3.1 量測方式 52
6.3.2 量測結果 53
第七章結論 55
參考文獻 56

參考文獻

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