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研究生:黃榮凱
研究生(外文):Rong Kai Huang
論文名稱:BiSbTe添加銅冷壓燒結熱電合金之機車廢氣發電特性研究
論文名稱(外文):Motorcycle Exhaust Thermoelectric Properties of Cu-Added bismuth Telluride Based Alloys by Cold-Pressing Sintering
指導教授:高木榮高木榮引用關係
指導教授(外文):Mu Jung Kao
口試委員:高木榮、張合、徐福君
口試日期:2016-07-01
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
中文關鍵詞:三元合金粉末、冷壓燒結、熱電晶片、席貝克係數、熱電優值
外文關鍵詞:Ternary alloy powderCold-Press sinteringThermoelectric generatorSeebeck coefficientDimensionless figure of Merit.
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本研究是將P型熱電材料(Bi2Te3)x(Sb2Te2)x添加銅混合後冷壓燒結成熱電合金並對其熱發電特性研究,研究使用XRD、EDS和SEM三種儀器檢驗研熱電粉末,再經由冷壓燒結成熱電晶片後針對熱電特性進行各種分析與研究,熱電特性主要是觀察熱電材料在不同溫度中的熱導率、導電率、席貝克係數、熱電係數、熱電優值和電功率並將晶片架設於機車排氣廢熱發電測試研究。
此實驗熱電塊材有三種,一種為P型(Bi2Te3)x(Sb2Te2)x熱電三元合金粉末;一種為N型Bi2Te3-xSex熱電三元合金粉末;一種為添加3%銅之P型熱電三元合金粉末,P型溫度在381.2 K時熱電優值值最高,數值為0.259216,導熱率為1.15 W/mk,導電率為138 S/cm,席貝克係數為237.3 μV/K。N型溫度在381 K時熱電優值值最高,數值為0.0762,導熱率為1.08 W/mk,導電率為107 S/cm,席貝克係數為-141.9 μV/K。添加銅之P型溫度在400.8 K時熱電優值值最高,數值為0.28056,導熱率為2.12 W/mk,導電率為786 S/cm,席貝克係數為137.2 μV/K。根據熱電優值的公式ZT=(S^2*σ*T)/κ來計算添加銅的P型材料之熱電優值比P型材料高了9 %。
未添加銅的P型、N型粉末與銅箔製成的晶片溫差在109 K時功率最高,數值為382.32 pW;未添加銅的P型、N型粉末與使用純銅以濺鍍方式製成的晶片溫差在114.5 K時功率最高,數值為247.296 pW;添加Cu的P型、未添加銅的N型粉末與銅箔製成的晶片溫差在109.5 K時功率最高,數值為469.268 pW。
由實驗結果得知添加銅之P型熱電合金溫度在400.8 K時熱電優值值最高數值為0.28056比未添加銅合金之熱電優值數值0.2574高,由於導電率上升470 % 多過熱導率上升84 %很多,帶入公式計算總體熱電優值約上升了9 %,證明銅具有優良導電率能提升熱電材料ZT值在P型添加3 %的銅約上升了總體熱電優值9 %。
This study focuses on the thermoelectric generating properties of an alloy, fabricated by mixing P-type (Bi2Te3)x(Sb2Te2)x ternary alloy powder with copper and through a cold-pressed sintering manufacturing process. The characteristics of these alloys were studied using X-ray diffraction, energy dispersive spectroscopy, and scanning electron microscopy. Moreover, these thermoelectric chips were analyzed with respect to their thermoelectric properties such as thermal conductivity, electric conductivity, Seebeck coefficient, thermoelectric merits. The electric power was measured on motorcycle exhaust at temperature difference.
Three types of thermoelectric ternary alloy were fabricated in this study, namely P-type
(Bi2Te3)x(Sb2Te2)x, N-type Bi2Te3-xSex, and P-type blended with 3% copper. The maximum Dimensionless figure of Merit(ZT) of the P-type corresponds to a temperature of 381.2 K, with a maximum value of 0.259216, a coefficient of thermal conductivity of 1.15 W/mK, an conductivity of 138 S/m, and a Seebeck coefficient of 237.3 μV/K. For the N-type powder, these values were 381 K, 0.0762, 1.08 W/mK, 107 S/m, and -141.9 μV/K, respectively. For the P-type blended with copper, these were 400.8 K, 0.28056, 2.12 W/mK, 786 S/m, and 137.2 μV/K, respectively. The calculated ZT of the P-type with copper was 9% higher than that of the P-type without copper.
Thermoelectric generator fabricated with copper foil using unprocessed P-type and N-type powders had their highest power values at 382.32 pW when the temperature difference was 109 K. Thermoelectric generator fabricated with pure copper via sputtering process using unprocessed P-type or N-type powders had their highest power (247.296 pW) at a temperature difference of 114.5 K. Thermoelectric generator made of P-type powder with copper and thermoelectric generator made of unprocessed N-type powder with copper foil had the highest power at a temperature difference of 109.5 K, corresponding to a maximum power value of 469.268 pW.
These results show that the Dimensionless figure of Merit of the P-type thermoelectric alloy blended with copper is 0.28056, highest at 400.8 K temperature. The Dimensionless figure of Merit value is greater than that of the P-type thermoelectric alloy without copper, which is 0.2574. Due to the increase of electric conductivity of 470%, much higher than the increase of thermal conductivity of 84%, the overall Dimensionless figure of Merit increase is 9% when we input the data into the Dimensionless figure of Merit calculation formula. The result demonstrates that the excellent conductivity of copper can enhance the Dimensionless figure of Merit value. The Dimensionless figure of Merit value can increase by 9% when adding 3% copper to the alloy.
摘要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2熱電晶片介紹與實際應用 3
1.3 研究動機及目的 4
1.4研究方法 5
第二章 文獻回顧與基本原理 7
2.1 熱電效應 7
2.1.1 席貝克效應 7
2.1.2 皮爾特效應 8
2.1.3 湯姆生效應 9
2.1.4 焦耳效應 9
2.1.5 熱電優質ZT 10
2.1.6 熱導率 13
2.1.7 導電率 13
2.1.8 電子遷移率 14
2.2 材料介紹 15
2.2.1 粉末的席貝克係數 16
2.2.2 粉末的熱導率 17
2.2.3 粉末的導電率 19
2.3 阿基米德定律 20
2.4 其他文獻 23
第三章實驗方法與設備 27
3.1 實驗系統 27
3.2 三元碲化必熱電晶片 29
3.3 烘箱 30
3.4 四點探針 31
3.5 霍爾效應分析儀 34
3.6 測試平台設計 35
3.7 球磨機 36
3.8 冷壓燒結塊模具設計 37
3.9 油壓機 39
3.10 脫脂製程 40
3.11 真空爐 42
3.12 系統零件 45
3.12.1 散熱水套 45
3.12.2 水箱 47
3.12.3 水箱支架設計 47
3.12.4 排氣管晶片佈置台設計 48
3.12.5 真空浦 49
3.12.6 水溫表 50
3.12.7 散熱鰭片 51
3.13 簡易型溫度量測設備 52
3.14 HIOKI溫度量測記錄儀 53
3.15 引擎轉速感測設備 53
3.16 電壓電流測量設備 55
3.17 紅外線溫度槍 56
3.18 散熱膏 57
3.19 冷卻系統 58
第四章 實驗數據結果與討論 60
4.1 粉末資訊 60
4.1.1 SEM 60
4.1.2 EDS 63
4.1.3 XRD 66
4.1.4 熱電塊材相對密度 68
4.2 熱電材料數值 69
4.2.1 熱導率 69
4.2.2 導電率 71
4.2.3 席貝克係數 73
4.2.4 優質係數 75
4.2.5 熱電優質 77
4.2.6 電子遷移率 79
4.3 晶片阻抗 80
4.4 晶片數值 81
4.5 實際應用情形 87
4.5.1 各溫度變化情形 88
4.5.2 熱電晶片之發電電壓 93
4.5.3 熱電晶片之發電電流 94
4.5.4 熱電晶片之發電功率 96
第五章 結論與未來展望 98
5.1 結論 98
5.2 未來展望 99
參考文獻 101
符號彙編 103
1. http://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?
article=7995&context=engpapers
2. 趙文俞,張清杰,2015兩岸熱電材料及應用交流論壇,
2015,pp. 292-293。
3. http://chuansong.me/n/1747028
4. http://www.mpoweruk.com/semiconductors.htm
5. D.M.Rowe ,"CRC Handbook of
Thermoelectrics,CRC Press, ", 1995.
6. E.Altenkirch,"Elektrothermische
Kälteerzeugung and reversible elektrische
Heizung, "Physikalische
Zeitschrift,vol.12,1911, pp.920-924.
7. 王傳鈞,常壓下熱電材料特性量測方法之模擬與分析,碩士,
國立中央大,桃園,中華民國一百年。
8. http://www.mem.com.tw/yearbook2015/
content.asp?sn=1412300001&page=2
9. http://www.twcsms.org/e-
newsletter/news32_schoolinfo_01.aspx
10. http://www.any17.com/pro/pro_n52_4172.htm
11. https://en.wikipedia.org/wiki/
Seebeck_coefficient
12. http://www.cncu.cn/baike/201407171748.html
13. http://www.bmgcnet.com/contents.asp?
boardid=18&id=1216
14. V.B. Osvenskiy , V.P. Panchenko , Yu.N.
Parkhomenko , A.I. Sorokin , D.I.
Bogomolov , V.T. Bublik ,and N.Yu.
Tabachkova,"Nonmonotonic change in the
structural grain size of the Bi0.4 Sb1.6
Te3 thermoelectric material synthesised by
spark plasma sintering," Journal of
Alloys and Compounds - Elsevier, vol 586,
2014, pp.S413-S418.
15. 李顏佑,添加銅與銀元素對BaGaSn晶籠材料金相及熱電特之
影響,中興大學材料科學與工程學系,台中,104。
16. 楊松暉,P型BaGaSn熱電材料之製程開發與特性分析,中興
大學材料科學與工程學系,台中,101。
17. 張彥佐,動態系統的拉格朗日同調結構分析,國立台北科技大
學機電科技研究所,台北,中華民國一百零五年。
18. Z.Chen ,M.Y.lin ,G.D.Xu ,S.Chen ,J.H.Zhang
,and .M.Wang, "Hydrothermal
synthesized nanostructure Bi–Sb–Te
thermoelectric materials," Journal of
Alloys and Compounds -Elsevier,588,2014,
pp. 384-387.
19. J.L. Cui, "Thermoelectric performance
of quaternary Cu–Bi–Sb–Te alloys
prepared by cold pressing," Journal of
Alloys and Compounds - Elsevier,
vol. 415, 2006, pp. 216-219.
20. Huayi Li, Hongyang Jing, Yongdian Han,
Yachen Xu, Guo-Quan Lu,and Lianyong
Xu, "Microstructure and transport
properties of copper-doped p-type BiSbTe
alloy prepared by mechanical alloying and
subsequent spark plasma Sintering, "
Journal of Alloys and Compounds - Elsevier,
vol.576, 2013, pp.369-374.
21. 陳岱原,熱電晶片之機車排氣廢熱發電研究,碩士論文,國立
台北科技大學車輛工程研究所,台北,中華民國一百零五年。
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