การปรับปรุงสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกของ CuAlO2 ดีลาฟอสไซต์ โดยวิธี Liquid Phase Sintering

Abstract

บทความนี้ได้ศึกษาการปรับปรุงสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกของ CuAlO₂ โดยการเติม Ag₂O ปริมาณ ในช่วง 0.0-6.0% โดยน้ำหนัก โดยใช้เทคนิค Solid State Reaction จากการผสมผง Cu₂O, Al₂O₃ และ Ag₂O เข้าด้วยกัน และอัดเป็นแท่งสี่เหลี่ยม สารตัวอย่างก่อนการเผาถูกนำไปวิเคราะห์สมบัติเชิงความร้อนด้วยเทคนิค Differential Scanning Calorimeters (DSC) พบว่า ผลการเติม Ag₂O เข้าไปในสารตัวอย่างจะเกิดการหลอมเหลวของโลหะ Ag ในช่วงอุณหภูมิ 1203–1233 K ตามด้วยการเกิดโครงสร้าง ดีลาฟอสไซต์ CuAl₂O ที่ช่วงอุณหภูมิ 1300-1325 K จากนั้นสารตัวอย่างถูกนำไปเผาที่อุณหภูมิ 1373 K ในอากาศจากการวิเคราะห์สมบัติเชิงโครงสร้างด้วยเทคนิค X-ray diffraction (XRD) และ Scanning Electron Microscope (SEM) พบว่าสารตัวอย่างมีโครงสร้างหลักเป็นโครงสร้างดีลาฟอสไซต์ CuAlO₂ และผลการเติม Ag₂O จะพบโครงสร้างของ Ag แยกออกจากโครงสร้าง CuAlO₂ โดยสารตัวอย่างที่เติม Ag₂O จะมีขนาดเกรนใหญ่กว่าสารตัวอย่างที่ไม่ได้เติม Ag₂O ซึ่งกลไกของการเกิดปฏิกิริยาสามารถอธิบายได้ด้วยปรากฏการณ์ Liquid Phase Sintering จากการวิเคราะห์สมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกพบว่า สารตัวอย่างที่เติม Ag₂O มีค่าการนำไฟฟ้าสูงขึ้น และมีค่าสัมประสิทธิ์ซีเบคต่ำกว่าสารตัวอย่างที่ไม่ได้เติม Ag₂O โดยสารตัวอย่างมีค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (PF) มากที่สุด เท่ากับ8.03×10^-5 Wm^-1K^-2 ที่อุณหภูมิ 873 K

Improvement the Thermoelectric Properties of Delafossite CuAlO2 by Liquid Phase Sintering Method

In this research, thermoelectric properties of CuAlO₂ compounds were developed by addition of Ag₂O in the range of 0.0–0.6 %wt., using solid state reaction technique. The compounds were prepared from mixtures of Cu₂O, Al2O₃ and Ag₂O₃ powders which were ground and then pressed into rectangular bar samples. Thermal properties of the Ag₂O additional samples were analyzed by Differential Scanning Calorimeters (DSC). Two reaction temperatures were found from DSC, i.e. Ag melted reaction in 1203–1233 K and CuAlO₂ delafossite formation in 1300-1325 K. After that the samples were sintered in the atmosphere at 1373 K. The crystalline structure of the samples were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM). The main structure of the samples were CuAlO₂ delafossite and the samples were found the segregration of Ag suround CuAlO₂ structure. The samples with addition of Ag₂O show a larger grain size compared with that of the sample without addition of Ag₂O. The grain growth mechanism of the sample can be explained by liquid phase sintering phenomena. Thermoelectric properties of the samples were then performed. The samples with addition of Ag₂O yield the higher electrical conductivity and the lower seebeck coefficient than that of the sample without addition of Ag₂O. The highest power factor (PF) of the sample was 8.03×10^-5 Wm^-1K^-2 at measuring temperature of 873 K.