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結論

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由第一部份的實驗結果可以發現提高樣品的密度,能夠有效的降 低電阻率,並且利用粉末顆粒的控制能夠有效的增加樣品壓密後的密 度。壓密完成的樣品經過燒結後,因為樣品內部的孔隙度減少,電阻 率會有明顯的下降。在第二部份摻雜元素與熱電性質變化的實驗中,

可以看出透過元素的摻雜的確能有效的改變Seebeck 係數、電阻率與 功率轉換因子。

P 型的樣品由於 Na 元素的摻雜會造成內部缺陷的增加而導致電 阻率與 Seebeck 係數的下降,隨著摻雜 Na 元素的增加,其內部缺陷 與瑕疵亦會增加,所以功率轉換因子也因此降低。在 Na 元素摻雜 2 at%的樣品部分,因為從高溫搖擺爐內取出時發生石英管爆裂的情 形,導致合金材料實際混合的比例受到改變,其測量結果與摻雜 0.5 at%的材料非常相似。石英管爆裂的原因可能為合金材料在降溫的過 程中,當 PbTe 合金材料到達凝固點時,未與 PbTe 合金材料混合的 Na 元素蒸汽壓迫石英管內壁導致石英管爆裂。

N 型樣品的部份,隨著 PbI2摻雜量的增加,Seebeck 係數與功率 轉換因子都會有下降的趨勢,但在電阻率方面卻有明顯的提高。實驗 中對於樣品的平均溫度在 100℃到 300℃的測量中,PbI2元素摻雜量 為0.03 at%的材料擁有最平穩的功率轉換因子,但是隨著樣品平均溫 度上升達到 244℃,功率因子卻沒有太大的變化,大約都在 24 μ W/cmK2上下,雖然呈現出的曲線相較於其他二者較於穩定,但是對 於應用在中溫或是高溫的熱電轉換材料上,此樣品並不算擁有良好的 特性;PbI2摻雜量為0.05 at%的樣品在熱電特性上,隨著樣品平均溫 度的從 109℃增加到 253℃,其功率轉換因子從原本的 13.605 μ

W/cmK2提升到 25.598 μW/cmK2,功率轉換因子在樣品平均溫度在 240℃時已經超過了摻雜量為 0.03 at%的樣品,並有持續升高的趨 勢,這對中高溫的熱電材料來說,可以說是較有發展潛力的配比。在 實驗上製作的 N 型合金材料有發生偏析的現象,而偏析的現象也可 能是造成我們在實驗測量結果上,Seebeck 係數與電阻率都要比文獻 來得高的原因。

整體來說,實驗中不論是摻雜Na 或是 PbI2元素所製作的P 型與 N 形的樣品,在 Seebeck 係數與電阻率的測量結果上都與樣品的平均 溫度呈現出正比的關係。粉末顆粒的改變對 Seebeck 係數並沒有造成 明顯的影響,是因為實驗中的粉末顆粒改變沒有太大的差異,但是能 夠透過元素摻雜與摻雜濃度的改變以及燒結的方式來做提升。實驗中 證明了透過燒結溫度的提高,的確能夠增加 Seebeck 係數與功率轉換 因子,也能有效的降低電阻率,原因可以透過文獻中樣品燒結後的 SEM 結果來解釋,較高的燒結溫度能夠讓樣品粉末顆粒緻密化程度 提高,降低了樣品內部顆粒間的孔隙與瑕疵,較長的燒結時間更能夠 使粉末顆粒獲得相轉變所需要的能量,進而有機會與鄰近的顆粒粉末 連結,因此能夠有效的增加功率轉換因子。

此實驗成功的以粉末冶金的方式製作出 P 型與 N 型的熱電塊 材,並且對於樣品製作與各種參數所造成的影響加以分析,利用儀器 測量出不同元素與摻雜濃度的改變,對於Seebeck 係數、電阻率及功 率轉換因子所造成的影響,找出擁有較高功率轉換因子的 P 型與 N 型PbTe 塊材的製作方式與配比。

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