碲化鉛材料相關的研究文獻

1985 年 Breschi 與 Fano 兩位學者利用 SEM、載子濃度以及遷移 率等方法對以粉末冶金製作出的碲化鉛合金材料進行測量，利用 NaTe 摻雜的樣品與未經摻雜的樣品做物理特徵與電性的比較[17]。實 驗分別採用 650℃與 750℃作為燒結的溫度，以燒結時間作為改變的 參數，其最久的燒結時間為92 小時。

由實驗結果可以發現到，材料顆粒間的空隙不論有無摻雜元素都 會隨著燒結時間的提高而下降，隨著燒結溫度的提高，材料的顆粒尺 寸都有增大的趨勢，內容更有提到摻雜NaTe 的樣品因為含有較多的 缺陷，造成材料的機械性質降低，這表示經過摻雜後的材料會較容易 產生破裂的情形。

燒結溫度的改變並沒有造成電性明顯的改變；但是隨著燒結時間 的增加，導電率卻有可觀的成長。經過 92 小時燒結後，兩者導電率 已沒有太大的差異。由此篇研究可以得知燒結時間的增加，對於材料 的電性的確有明顯的幫助；影響燒結後材料的性質主要與樣品的結構 以及缺陷濃度有關。圖 2-7. 、2-8. 分別為經過 650℃與 750℃燒結後 各種樣品的測量結果。

圖2-7. 樣品經過 650℃燒結後以 SEM 測量的結果。

圖2-8. 樣品經過 750℃燒結後以 SEM 測量的結果。

在 2001 年的時候，Gelbstein、Dashevsky 與 Dariel 三位學者利用 碘化鉛元素的摻雜製作出N-type 的 PbTe 熱電材料，同樣使用粉末冶 金的方式製作樣品，再透過高溫燒結的步驟後進行電性的測量[16]。

此篇研究成功的測量出各摻雜濃度樣品的Seebeck 系數、電阻率以及 功率因子，並對於製作樣品時各參數的影響，如壓密的壓力、壓密的 方式、粉末顆粒的大小與燒結的方法加以分析。

圖 2-9. 則是各種不同摻雜濃度的樣品 Seebeck 係數與電阻率的 數值，兩者皆會隨著PbI2摻雜濃度的提高而有下降的趨勢。圖2-10. 中 可以看出不同摻雜濃度的樣品其Seebeck 係數皆會因為測量點距離的 不同而改變，但是變化幅度並不大。

功率因子會在某溫度區間達到最佳化後開始慢慢的下降，圖2-11.

中可以看出各摻雜濃度樣品功率因子隨著樣品平均溫度升高的變化 曲線。由研究的結果可以瞭解元素的摻雜濃度改變可以對材料的熱電 性質造成影響，不同的元素摻雜濃度所製作出的樣品其最佳功率因子 也會呈現在不同的溫度區間內。

圖 2-9. 不同摻雜濃度 Seebeck 係數、電阻率與溫度變化的曲線圖。

( ×、+、^□、

O

0.1、0.053、0.03、9.104×10

圖2-10. FGM 樣品的 Seebeck 係數與測量點不同的數據變化曲線。

圖2-11. 不同摻雜濃度材料的功率轉換因子與溫度變化的關係圖。

2006 年，同樣的三位學者 Gelbstein、Dashevsky 與 Dariely 再次 採用粉末冶金方式來製作P 型 Pb1-xSnxTe 的梯度功能性熱電材料，以 x 的作為改變的參數，數值分別為 0.1、0.25、0.5、0.6 與 0.7，除了 測量不同配比樣品的Seebeck 係數、電阻率外，也對燒結的時間所造 成熱電性質的影響作分析 [18]。

Seebeck 係數與電阻率的測量上，如圖 2-12. 、2-13. 中兩者均會 與樣品平均溫度升高成正比，並隨著 x 比例的提高有下降的趨勢。可 以瞭解Sn 摻雜比例對材料的影響。

圖 2-14. 中燒結的時間由 24 至 120 小時，可以看出在燒結 96 至 120 小時後，能讓樣品的 Seebeck 係數更趨於穩定。圖 2-15. 是繼續 增加燒結時間的Seebeck 係數變化曲線結果，可以看出燒結時間超過 120 小時後各樣品的 Seebeck 係數已無太大變化，藉此能夠定義出 Pb1-xSnxTe 梯度功能性材料燒結時間的最佳化。

圖2-12. 經過燒結後 Pb1-xSnxTe 材料中，x 的改變構成之 Seebeck 係 數與溫度變化的關係圖。

圖 2-13. 經過燒結後 Pb1-xSnxTe 材料，x 的改變所構成電阻率與溫度 的變化曲線圖。

圖2-14. 不同燒結時間的 FGM 樣品 Seebeck 係數與測量點距離改變 的關係曲線圖。

圖2-15. 樣品經過 120、144、168 小時燒結後，Seebeck 係數與測量 點距離間的關係曲線圖。

本篇論文主要根據上述幾篇文獻的方式，以粉末冶金技術製作 P 型與N 型的 PbTe 樣品，透過儀器測量與計算的結果確立製作樣品各 參數的最佳化，使樣品擁有較好的功率轉換因子。參數的影響包括了 粉末顆粒的大小、壓密的壓力與方式以及燒結溫度的改變。