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研究生:陳志挺
研究生(外文):Chen Chih-Ting
論文名稱:Bi2Te3塊材與奈米微粒之熱電效率、熱傳導率與比熱之物性研究
論文名稱(外文):Thermopower , thermal conductivity and specific heat in Bi2Te3 bulk and nanoparticles .
指導教授:張經霖
指導教授(外文):Chang, Henry Ching-Lin
學位類別:碩士
校院名稱:淡江大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:熱電效應比熱三碲化二鉍奈米粒子熱傳導率
外文關鍵詞:Thermoelectricsspecific heatBi2Te3nanoparticlethermal conductivity
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本論文的主要目的在研究熱電材料的尺寸效應與西貝克係數、熱導係數和電導率等物理性質之關係,希望藉著此一研究達到提升材料的熱電優質係數之目的。我們選擇了目前室溫下有最高熱電優質係數的材料Bi2Te3,以利於實驗的觀察。並將樣品經由物理的方法,球磨和火花放電等方式將樣品縮小為微米與奈米的尺寸大小,並進一步的做熱電效率、熱傳導和比熱等量測。實驗結果發現隨著樣品的尺寸縮小,西貝克係數會漸減,熱傳導率變差,0~20K的低溫比熱漸增。可惜的是熱電優質係數並未如預期的有所增加而是遞減。
This experiment is aim to improve on TE material quality as Seebeck coefficient and thermal conductivity by analyzing, and hopefully increasing, the TE figure of merit, Z, which is an important factor related to efficient energy conversion. Fortunately, theory and literature have revealed that by decreasing the dimensions of our samples, we can increase Seebeck coefficient, and therefore, improve on the Z.So,we reduce our specimen Bi2Te3 size by milling and EDM methods and try to study the relationship between sample size and it’s thermopower, thermal conductivity and specific heat.
第一章 緒論…………………………………………………………1
第二章 研究背景……………………………………………………4
2.1 熱電效應………………………………………………………4
2.2 熱電材料的優質係數…………………………………………9
2.3 熱電材料分類與應用………………………………………...11
2.4 熱電材料的物理性質的分析…………………………………13
2.4.1 材料的熱導率分析……………………………………13
2.4.1.1 晶格振動(聲子)對熱傳導的貢獻…………….13
2.4.1.2 自由電子(載子)對熱傳導的貢獻…………….17
2.4.2 材料的導電性分析…………………………………….19
2.4.3 溫度對金屬材料電阻率及熱傳導率的影響…………..22
2.4.4 固體的比熱……………………………………………...26
2.4.5 Bi2Te3的晶體結構………………………………………28
2.4.6 Bi2Te3的相圖……………………………………………30
2.4.7 Bi2Te3的合金特性………………………………………31
2.5 奈米材料的特性………………………………………………..31
第三章 實驗的裝置與方法…………………………………………..35
3.1 實驗流程………………………………………………………..36
3.2 樣品製備………………………………………………………..37
3.2.1 塊材的取得……………………………………………...37
3.2.2 球模樣品的製作………………………………………..38
3.2.3 EDM樣品的製作………………………………………..40
3.2.4 樣品的熱處理…………………………………………...42
3.3 樣品的量測……………………………………………………..43
3.3.1 XRD的量測……………………………………………..43
3.3.2 TEM的量測……………………………………………..45
3.3.3 Seebeck係數與熱傳導係數的量測……………………..46
3.3.4 電阻率的量測…………………………………………...49
3.3.5 比熱的量測……………………………………………...50
第四章 結果與討論…………………………………………………...53
4.1 XRD數據分析………………………………………………….53
4.2 TEM粒徑分析的量測結果…………………………………….56
4.3 Seebeck係數的量測結果………………………………………62
4.4 熱傳導係數的量測結果………………………………………..63
4.5 電阻率的量測結果……………………………………………..64
4.6 比熱的量測結果………………………………………………..68
第五章 結論…………………………………………………………..73
參考文獻………………………………………………………………..75
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