第四章 結果與討論
4.3 電性量測
4.3.1 K系列之電性
(a)MgFeO 系統之導電率
在 K 系列 MgFe2O4系統之阻抗及容抗如圖 4.7 所示。其中交流電之測試 頻率範圍由 30Hz 至 30MHz。阻抗(或電阻)是隨著頻率增加而減少，容抗(或 電容)是隨著頻率增加而減少至最低點，然後再由最低點在上升。
樣品 MF12K 其容抗隨著頻率增加至 30MHz 一直增加。至於樣品 MF11K 及 MF21K 隨著頻率增加是增加然後再減少。其中在容抗為最低點時，其電阻 一般定義為晶粒之電阻。這些最低點所得電阻，將在這一章節後，歸納及計 算這些樣品之電導係數。
一般而言，陶瓷材料是由陽離子及陰離子構造而成。當晶粒產生微觀組 織偏析(micro-segregation)在晶界時，其晶界會有 space charge 的現象。由電性 而言，晶界會產生電容現象，亦即在晶界是有正，負電極的現象，所以陶瓷 材料描述最簡單等放電電路可由圖 4.10 所示
圖 4.10 陶瓷材料最簡單等放電電路之示意圖
60
圖中 Rg，代表晶粒電阻；而 Rgb代表晶界電阻，Cgb代表晶界電容。當 Rgb及 Cgb產生共振時，此時晶界之電阻可視為”0 ”，所以在交流電所測出的 電阻應為 Rg，亦即為晶粒之電阻。至於金屬材料其晶界偏析是屬於原子偏析，
而非離子偏析，所以晶界不含電容特性，可以直流電來側金屬材料之電阻。
綜合以上之說明，由圖 4.11 可以明顯看出燒結樣品之晶粒阻抗:MF12K 約為〜144.31kΩ(100Hz)，MF11K 約為〜611.23kΩ(100Hz)，而 MF21K 約為〜
1,240kΩ(100Hz)。所以 Fe3+含量增加其阻抗是下降的。
61
1 10 100 1000 10000
62 (c)MgCuO 系統之導電率
在 K 系列 MgCuO 系統之阻抗及容抗之關係如圖 4.12 所示。其中交流電 之測試頻率為 30Hz 至 30MHz。這些樣品阻抗及容抗和頻率之走勢圖是一樣 的。其中阻抗是隨頻率增加而減少。至於容抗則隨著頻率增加至最高點，然 後在下降。由於沒有明顯之最低容抗點(或轉折點)，所以晶粒之阻抗足以 30HZ 所測之阻抗為依據，綜合以上說明，由圖 4.12 可以明顯看出燒結樣品之晶粒 阻抗:MC12K 約~253.39kΩ(30Hz)，MC11K 約~306.71kΩ(30Hz)，而 MC21K 約~234.83kΩ(30Hz)，亦即 Cu2+含量增加，其阻抗是下降的。
63
64 (c)MgNiO 系統
在 K 系列 MgNiO 系統之阻抗及容抗之關係如圖 4.13 所示。其中交流電 之測試頻率範圍為 30Hz 至 30MHz。樣品 MN21K 其阻抗是隨著頻率增加而 減少，至於其容抗則頻率增加而減少，然後最低點，再上升至最高點，然後 再下降，至於樣品 MN11K 與 MN12K 之阻抗是隨著頻率增加而減少，而其中 容抗則隨著頻率增加而至最高點，然後再下降。因 MN11K 與 MN12K 沒有明 顯最低點容抗點，如樣品 MN21K。所以其晶粒之阻抗是以頻率 30Hz 所測得 電阻作為晶粒阻抗，綜合以上說明，由圖 4.13 可以明顯看出燒結樣品之晶粒 阻抗：MN12K 約為~593.60kΩ(30Hz)，MN11k 約為~410.39kΩ(30Hz)，而 MN21K 約為~1,423kΩ(30Hz)。
65
阻抗 kΩ
圖 4.13 此為 K 系列，MgNiO 系統之阻抗及容抗關係圖:設 X 軸為電阻，設 Y 軸為電容，箭頭”→ ”代表油低頻至高頻之走勢圖
1 10 100 1000
1 10 100 1000 10000
MN12K
MN11K
MN21K
容 抗 kΩ
66 4.3.2 E 系列之電性
(a)MgFeO 系統之導電率
在 E 系列 MgFeO 系統之阻抗及容抗之關係如圖 4.14 所示。其中交流電 之測試頻率為 30Hz 至 30MHz。這些樣品阻抗及容抗和頻率走勢圖是一樣的，
其中阻抗是隨著頻率增加而減少。至於容抗則隨著頻率增加至最高點，然後 再下降，由於 MF12E 跟 MF11E 有明顯的轉折點，所以以 100Hz 為依據，MF21E 因為沒有明顯的最低容抗點，所以以 30Hz 為依據，歸納以上的結果，在 E 系列 MgFeO 系統之晶粒阻抗:MF12E 約為~120.45kΩ(100Hz)，MF11E 約為
~166.43kΩ(100Hz)，而 MF21E 約為~218.60kΩ(30Hz)。
67 阻抗 kΩ
圖 4.14 此為 E 系列，MgFeO 系統之阻抗及容抗關係圖:設 X 軸為電阻，設 Y 軸為電容，其中”→”代表由低頻至高頻之走勢圖
0.1 1 10 100
1 10 100 1000
MF12E
MF11E
MF21E
容
抗
kΩ68 (c)MgNiO 系統之導電率
在 E 系列 MgNiO 系統之阻抗及容抗之關係如圖 4.15 所示。其中交流電 之測試頻率為 30Hz 至 30MHz。這些樣品阻抗及容抗和頻率之走勢圖是一樣 的。其中阻抗是隨著頻率增加而減少，至於容抗則隨著頻率增加至最高點，
然後再下降，再上升。MN12E，MN11E，MN21E 都有明顯的最低容抗點，
所以都是以 100Hz 當作依據，綜合以上的結果，在 E 系列 MgNiO 系統之晶 粒阻抗:MN12E 約為~88.60kΩ(100Hz)，MN11E 約為~166.71kΩ(100Hz)，而 MN21E 約為~121.14kΩ(100Hz)，其中晶粒阻抗以 MN12E 最低。
69 阻抗 kΩ
圖 4.15 此為 E 系列 MgNiO 系統之阻抗及容抗關係圖:設 X 軸為電阻，設 Y 軸為電容，"→”代表由低頻至高頻之走勢圖
0.1 1 10 100
1 10 100 1000
MN12E
MN11E
MN21E
容
抗
kΩ
70 (c)MgCuO 系統之導電率
在 E 系列 MgCuO 系統之阻抗及容抗如圖 4.16 所示。其中交流電之測試 頻率為 30Hz 至 30MHz。這些樣品阻抗及容抗和頻率之走勢圖是一樣的。其 中阻抗是隨頻率增加而減少，至於容抗則隨頻率增加至最高點，然後再下降，
由於沒有明顯之最低容抗點(轉折點)，所以晶粒之阻抗是以 30Hz 所測阻抗為 依據，在 E 系列 MgCuO 系統之晶粒阻抗:MC12E 約為~91.92kΩ(30Hz)，
MC11E 約為~110.63kΩ(30Hz)，而 MC21E 約為~108.93kΩ30Hz。
71 阻抗 kΩ
圖 4.16 此為 E 系列，MgCuO 系統之阻抗及容抗關係圖:設 X 軸為電阻，設 Y 軸為電容，其中”→”代表由低頻至高頻之走勢圖。
0.1 1 10 100
1 10 100 1000
MC12E MC11E MC21E
容
抗
kΩ
72
73
由表 4.5 可以明顯地觀察到，當 Mg2+含量越多時，會越容易影響導電率，
但 MgNiO 系統中，MN21E 的晶粒內部導電率為 7.86×10-4Sm-1，而 MN11E 的晶粒內部導電率為 5.37×10-4Sm-1，可能是量測誤差導致，所以當 Mg2+含量 越多時，其導電性越差。
表 4.5 E 系列晶粒內部之導電率
E 系列 R(阻抗 kΩ)/頻率(Hz) 晶粒內部之導電率(S/m
-1) MC12E 91.92 /30 6.22×10
-4MC11E 110.63/30 6.42×10
-4MC21E 108.93/30 6.64×10
-4MF12E 120.45/100 5.51×10
-4MF11E 166.43/100 4.48×10
-4MF21E 218.60/30 3.89×10
-4MN12E 88.60/100 9.26×10
-4MN11E 166.71/100 5.37×10
-4MN21E 121.14/100 7.86×10
-474 所示，至於樣品 MF12E 晶粒最大顆約為 1μm(pore size)，最小顆約為 0.8μm，
在這些樣品中燒結樣品的空隙之大小是很小的，約為 0.5μm 左右。其緻密性
75
至於 K 系列的 MF12K 的導電率為 4.59×10-4 Sm-1，而 E 系列 MF12E 的導 電率為 5.51×10-4 Sm-1，綜觀以上結果得知，在 MgFeO 系統中，E 系列的導電 率似乎略優於 K 系列，但也有可能是在量測之誤差範圍中。
76
圖 4.17 此為 K 系列(a)MF12K(b)MF11K 之 SEM 照片，圖片右下角之比例尺 是 5μm
77
圖 4.18 此為 E 系列(a)MF21E(b)MF12E 之 SEM 照片，圖片右下角之比例尺 是 5μm
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79
圖 4.19 此為 K 系列(a)MC12K(b)MC11K 之 SEM 照片，圖片右下角之比例 尺是 5μm
80
圖 4.20 此為 E 系列(a)MC21E(b)MC12E 之 SEM 照片，圖片右下角之比例尺 是 5μm
81
82
圖 4.21 此為 K 系列(a) MN11K (b)MN21K 之 SEM 照片，圖片右下角之比例 尺是 5μm
83
圖 4.22 此為 E 系列(a)MN12E(b)MN11E 之 SEM 照片，圖片右下角之比例尺 是 5μm
84
85
9. 在 SEM 微觀組織中，在 MgFeO 系統中，E 系列 MF12E 晶粒約為 1μm，
K 系列 MF12K 晶粒約為 0.3μm；在 MgCuO 系統中，K 系列 MC12E 晶粒 約為 1μm，K 系列 MC12K 晶粒約為 1.6μm；在 MgNiO 系統中，E 系列 MN11E 晶粒約為 0.5μm，K 系列 MN11K 晶粒約為 0.8μm。
10. 以 SEM 來看，晶粒大小，似乎對導電率沒特別明顯的影響，主要原因可 能是成份，Mg2+含量越多，其導電率越差。
11. K 系列的導電率比較沒有 E 系列的導電率來得優秀，可能是因為再利用 KOH 製備粉末時，在滴定過程中有殘留 KOH，然後在燒結時 K+跟過渡 金屬氧化物產生反應，進而影響導電率。
12. E 系列，是直接混合溶液製備的粉末，在燒結過程中，Mg2+直接與過渡 金屬氧化物產生反應，進而產生較好的導電率。
13. 綜合以上觀點，E 系列直接混合溶液，若作為電極材料，導電效果應該比 K 系列來得適合
86
第六章 參考文獻
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