第四章 實驗結果與討論
4.4 熱電材料之特性
藉由平行線量測法量測熱電材料有無添加界面活性劑之熱傳導係數，量測 結果證實，Bi-Te 材料未添加界面活性劑 MA 之熱傳導係數為 0.235 W/m⋅K，而 添加界面活性劑 MA 後的 Bi-Te 材料之熱傳導係數為 0.422 W/m⋅K；Sb-Te 材料 未添加界面活性劑 MA 之熱傳導係數為 0.418 W/m⋅K，而添加界面活性劑 MA 後的 Sb-Te 材料因其薄膜表面粗糙度偏高，導致熱傳導係數無法量出。
熱電材料的席貝克係數與電阻率部份，引用本實驗室學長的研究成果
【56】，Bi-Te 材料未添加界面活性劑 MA 之席貝克係數為-40.9 μV/K，其電阻 率為 1.435×10-5 Ωm，功率因子為 1.166×10-4 W/K2m；而添加界面活性劑 MA 後，
席貝克係數則為-35.1 μV/K，其電阻率為 1.136×10-5 Ωm，功率因子為 1.085×10-4 W/K2m。Sb-Te 材料未添加界面活性劑 MA 之席貝克係數為 136.4 μV/K，其電 阻率為 3.05×10-5 Ωm，功率因子為 6.10×10-4 W/K2m；而添加界面活性劑 MA 後，
席貝克係數則為 526.7 μV/K，其電阻率為 5.78×10-5 Ωm，功率因子為 4.80×10-3 W/K2m。此部份的熱電性能數據，經由本研究實驗確認，證實材料本身熱電特 性擁有再現性之能力。
將 Bi-Te 材料經由實驗量測的席貝克係數、電阻率及熱傳導係數代入公式 (2-7)，表 4-10 為 Bi-Te 材料之熱電優值與 ZT 值。由此表可知，Bi-Te 材料未添 加界面活性劑 MA 時的熱電優值為 4.838×10-4 /K，而添加界面活性 MA 後的熱 電優值為 2.571×10-4 /K。在 ZT 值的部份，其溫度給定一室溫下的工作溫度 300 K，求得 Bi-Te 材料未添加界面活性劑 MA 的 ZT 值為 0.145，而添加後的 ZT 值 為 0.077。
藉由上述的實驗結果，可知添加界面活性劑 MA 的 Bi-Te 材料，材料本身 的熱電特性比未添加界面活性劑 MA 的較差，因添加與未添加界面活性劑的 Bi-Te 材料，兩者材料的席貝克係數與導電率差異並不大，故本研究認為因材料 本身的熱傳導係數，導致其熱電特性之差異。
在 Sb-Te 材料部份，相同的將實驗所量測到的席貝克係數、導電率及熱傳 導係數代公式(2-7)，求得 Sb-Te 材料本身之熱電優值與 ZT 值，如表 4-11 所示。
由表可知，未添加界面活性劑 MA 的 Sb-Te 材料的熱電優值為 14.7×10-4 /K，在 工作溫度 300 K 的環境下，其 ZT 值為 0.441；而添加界面活性劑 MA 的 Sb-Te 材料，因為其熱傳導係數無法量出，故無法計算熱電優值與 ZT 值。
根據上述實驗結果，本研究初步預估添加界面活性劑 MA 後的 Sb-Te 材 料，其熱電優值與 ZT 值應該會優於未添加 MA 的 Sb-Te 材料，原因為添加界 面活性劑 MA 後的 Sb-Te 材料，其席貝克係數為未添加 MA 的五倍左右，雖然 添加 MA 後的材料，其導電率降為未添加 MA 的三分之一左右，但因席貝克係 數增加之故，故本研究認為添加 MA 後 Sb-Te 材料，其熱電特性仍有優於未添 加 MA 的 Sb-Te 材料之趨勢。
綜合比較表 4-10 與表 4-11 發現，在未添加界面活性劑部份，Sb-Te 材料之 熱電特性優於 Bi-Te 材料，認為因 Sb-Te 材料的席貝克係數高於 Bi-Te 材料，故 其熱電特性優於 Bi-Te 材料。
Table 4-10 Thermoelectric characteristic of Bi-Te with and without adding MA.
Bi-Te Bi-Te with MA
Seebeck coefficient (μV/K) -40.9 -35.1 Resistivity (10-5 Ωm) 1.435 1.166 Thermal conductivity (W/mK) 0.241 0.422
Power factor (10-4 W/K2m) 1.166 1.085 Figure of merit (10-4 /K) 4.838 2.571
ZT (T = 300 K) 0.145 0.077
Table 4-11 Thermoelectric characteristic of Sb-Te with and without adding MA.
Sb-Te Sb-Te with MA
Seebeck coefficient (μV/K) 136.4 526.7 Resistivity (10-5 Ωm) 3.05 5.78 Thermal conductivity (W/mK) 0.415 N/A Power factor (10-4 W/K2m) 6.10 48.0 Figure of merit (10-4 /K) 14.7 N/AZT (T = 300 K) 0.441 N/A