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研究生:陳劭其
研究生(外文):Shao-Chi Chen
論文名稱:鋅-氧化矽複合物之熱電勢的展透行為研究
論文名稱(外文):Thermoelectric Power and Percolatio in ZnSiO2 Composites
指導教授:林志忠林志忠引用關係
指導教授(外文):Juhn-Jong Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:物理研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:熱電勢展透氦四系統低溫量測
外文關鍵詞:thermopowerpercolationlow temperature
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數十年來,展透理論已經被廣泛的運用在各種自然現象當中。例如,森林大火、疾病的傳染以及電子傳輸效應。而在金屬-絕緣體複合物中,其導電率所具有的展透行為,也已經被討論了許多年之久。當金屬體積比大於臨界體積比時,電阻率將遵循一個簡單的power law。而就另一方面而言,熱電勢的展透行為也已經有理論的討論。1991年,Bergman和Levy認為熱電勢的展透行為與導電率以及熱導率的比值有關,以我們所量測的系統為例,當導電率比值遠大於熱導率比值時,其臨界行為可以一簡單的熱電勢power law所表示。

  我們在4He降溫系統下,架設了一個可以量測熱電勢的樣品座。並藉由量測一系列不同成分體積比的Znx(SiO2)1-x之電阻率以及熱電勢,來研究其展透行為。而由我們實驗的結果得知,熱電勢的臨界體積比介於0.261與0.265間,與電阻率的臨界體積比(0.262±0.003)約略相等,且此值介於三維臨界體積與二維臨界體積的最小值之間,符合1980年,H. Kesten所證明。
Percolation theory in natural phenomena has been known for several decades. Typical examples include forest blaze, contagious disease and the properties of electrical-transport, etc. In particular, the percolation behavior of electrical conductivity in the metal-insulator
composites, has long been of great interest. In a sample with the metal volume fraction larger than the critical volume fraction, i.e., the resistivity is given by a simple power law. The thermoelectric power in a metal-insulator composite has also been discussed. In 1991, Bergman and Levy proposed that the behavior of thermoelectric power should depend on electrical and thermal conductivity ratios of the two constituent components. For x>xc and electrical ratios bigger than thermal conductivity ratios (which is pertinent to our case), the thermopower is also given by a simple power law.

We have set up a system which can measure thermoelectric powers at low temperatures in a 4He variable temperature cryostat. By measuring thermoelectric powers and resistivities of a series of Znx(SiO2)1-x composites, we have studied the percolation behavior of thermoelectric power and resistivity. According to our experimental result, the critical volume fraction for the thermoelectric power is 0.261-0.265, which is close to the critical volume fraction for resistivity (0.262 ±0.003). This value lies between the three-dimensioned critical volume fraction and the two-dimensioned critical volume fraction minimum, onfirming that, as theoretically by H. Kesten, 1980.
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1 金屬-絕緣體複合物之臨界行為 1
(1)展透模型(percolation model) 1
(2)金屬-絕緣體複合物之電性展透行為 3
(3)熱電效應(thermoelectric power) 3
第二章 基礎理論 6
2-1 Peltier效應與Thomoson關係式 7
2-1-1 Peliter效應與Peltier heat 8
2-1-2 Thomson效應與Thomson heat 9
2-1-3 Thomson關係式 11
2-1-4 Thomson關係式的物理圖像 13
2-2 熱電效應在金屬中的行為與聲子拖曳現象 14
2-2-1 熱電效應在金屬中的行為 14
2-2-2 聲子拖曳現象 17
2-3 展透理論(Percolation theory) 21
2-3-1 臨界現象 21
2-3-1a 描述臨界行為的兩種展透模型之臨界點 21
第三章 實驗方法 24
3-1 樣品的選擇 24
3-2 量測系統的選用及原理 26
3-2-1 降溫系統 26
3-2-2 溫控器與溫度計 32
3-2-3 小訊號量測與雜訊來源(Johnson Noise) 34
3-2-4 四點量測與兩點量測 36
3-2-4a 四點量測原理 36
3-2-4b 兩點量測原理 37
3-2-5 儀器之間的連結以及初步量測流程 38
3-3 熱電效應的測量概念 40
3-3-1 利用電阻式溫度計量測熱電效應 40
3-3-1a 樣品座的位置以及製作過程 40
3-3-1b 溫度計的校正 42
3-3-1c 測量方法 45
3-3-2 利用thermocouple量測熱電勢 48
3-3-2a 靈敏度的概念 48
3-3-2b 溫差的取法 48
3-3-2c 熱電勢的計算 51
3-3-3 電阻式溫度計與thermocouple之量法的測量值校正 53
第四章 實驗結果與分析 55
4-1 電阻率量測結果 55
4-1-1 電阻率的展透行為(percolation behavior) 58
4-1-2 電阻率的比值與臨界指數的關係 61
4-2 熱電勢的量測結果 62
4-2-1 熱電勢的展透行為(percolation behavior) 63
4-2-1a 在較高溫度下(300 K、250 K、200 K)之展透行為 64
4-2-1b 在較低溫度下(100 K、30 K)之展透行為 69
第五章 結論 71
5-1 熱電勢量測系統架設的結果 71
5-1-1 電阻式溫度計的量法 71
5-1-2 熱電偶式溫度計的量法 71
5-2 電阻率與熱電勢的展透行為 71
5-2-1 臨界成分體積比與臨界指數 72
5-2-1a 臨界成分體積比 72
5-2-1b 臨界指數 72
參考文獻 74
參考文獻


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[40] 鐘元良「金鈀合金厚膜之電子-聲子散射時間與電子-電子交互作用之研究」,國立台灣大學,碩士論文,民國八十六年

[41] 邱劭斌「金鋁合金中之電子-聲子散射時間之研究」,國立交通大學,碩士論文,民國八十九年

[42] 王陸生「粒狀結構金屬-絕緣體複合物之熱電效應研究」,國立交通大學,碩士論文,民國九十四年
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8. 楊儒賓:〈變化氣質、養氣與觀聖賢氣象〉,《漢學研究》第19卷第1期 (2001.06),頁103-135。
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