次毫米尺度之鎂矽錫熱電材料及模組之研究

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姓名

郭思勝(Shih-Shen Kuo) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

次毫米尺度之鎂矽錫熱電材料及模組之研究
(Study on Sub-millimeter-thick Mg2(Si,Sn) Thermoelectric Material and Module)

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摘要(中)

現今，綠能發電的議題隨著地球的暖化越來越被重視，在社會發展的同時，有許多的能量轉化成熱能流失掉，而如何回收這些流失掉的能量是現在全球的目標。熱電效應是其中一種選擇，此效應是一種在電能與熱能間直接轉換的一種方式，可以應用於廢熱回收、熱電致冷、溫差發電等。而熱電模組具其獨有的優點，例如:不須保養、無毒、安全等。因此許許多多的熱電材料就此被開發出來。而現今智慧生活的到來、穿戴式裝置的普及化與輕薄化，能擺放電池的空間越來越小，這些設備的能源供給漸漸地變成一個重要的議題。其中一個方式就是利用薄型熱電模組。一個熱電模組的好壞主要取決於材料本身的特性，因此提升材料的性能是最重要的關鍵。
本論文著重於薄型P、N型材料的摻雜、量測與模組的製作。透過摻雜反應使得矽奈米粉末變成P/N型材料，再與鎂、錫、銀之奈米粉末混和均勻並冷壓成厚度僅為300μm的塊材，在不同溫度和時間下進行燒結，去探討在哪一種條件中可以獲得最好的熱電特性。藉由改善傳統模組的結構與製程，以找尋到的最佳製程條件為基礎去製作模組並量測其特性。

摘要(英)

Nowadays, the topics of renewable energy generation have attracted much attention. Among them, the conversion from thermal to electrical energy is one important research topic. The thermoelectric effect can be applied to waste heat recovery, thermoelectric cooling, and power generation, etc. The thermoelectric modules could be maintenance-free, non-toxic, and safe. These properties make the thermoelectric modules potential for the body heat energy scavenging and battery recharging.
This thesis focuses on the materials processing, property measurement and module fabrication of sub-millimeter-thick P- and N-type thermoelectric materials. The Si nanopowder was doped into P- and N-type, then mixed with magnesium, tin, silver nanopowder and cold-pressed into 300-μm-thick flakes. The samples were sintered at different temperatures and time to obtain the optimum annealing parameter. By improving the structure and processes, the thermoelectric module was fabricated and measured from room temperature to 200 oC.

關鍵字(中)

★ 薄型熱電材料

關鍵字(英)

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖表目錄 vi
第一章導論 1
1-1 前言 1
1-2 熱電介紹與歷史 2
1-3 熱電全球市場規模 3
第二章文獻回顧與研究動機 5
2-1前言 5
2-2 文獻回顧 5
2-2-1 N-type 5
2-2-2 P-type 7
2-3 研究動機 9
第三章實驗方法與儀器介紹 10
3-1實驗流程 10
3-2實驗步驟 11
3-2-1 球磨矽(Si)粉末 11
3-2-2 參雜(P-type) 11
3-2-3 參雜(N-type) 12
3-2-4 混合鎂矽錫粉末 13
3-2-5 冷壓薄片 13
3-2-6 加壓進行退火反應 14
3-2-7 組裝模組 15
3-3 量測與實驗儀器 16
3-3-1 電導率量測 16
3-3-2 Seebeck量測 17
3-3-3 密度量測 17
3-3-4 熱擴散量測 18
3-3-5 比熱量測 19
3-3-6 行星式球磨機 20
第四章實驗結果與討論 21
4-1 前言 21
4-2 燒結後試片量測 21
4-2-1 300 oC / 24hr 21
4-2-2 350 oC / 24hr 23
4-2-3 400 oC / 24hr 25
4-2-4 450 oC / 24hr 32
4-3 量測數據比較 33
4-4 模組量測 35
第五章火花電漿燒結Spark Plasma Sintering(SPS) 38
5-1 前言 38
5-2 實驗方法 38
5-3 量測結果 39
第六章結論 41
參考文獻 42

參考文獻

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指導教授

辛正倫

審核日期

2019-7-23

推文