ฐานข้อมูลวิทยานิพนธ์ (E-Thesis) SNRU

สืบค้นเอกสารฉบับเต็ม (Full Text) จากฐานข้อมูลวิทยานิพนธ์ (Thesis Database) ของบัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร

ชื่อวิทยานิพนธ์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบหลายชั้นของวัสดุนาโนออกไซด์เทอร์โมอิเล็กทริก
Thermoelectric Multilayer Generator of Nano Oxide Thermoelectric Materials
ผู้จัดทำ
วนัชพร นามหงษา รหัส 60532103103 ระดับ ป.เอก ภาคปกติ
หลักสูตร
ปรัชญาดุษฎีบัณฑิต (ปร.ด.) สาขาวิชา ฟิสิกส์
ปี พ.ศ.
2564
ที่ปรึกษา
ศาสตราจารย์ ดร. ทศวรรษ สีตะวัน
บทคัดย่อ

การสังเคราะห์วัสดุออกไซด์เทอร์โมอิเล็กทริกชนิดเอ็น แคลเซียมแมงกานีสออกไซด์ (CaMnO3) และชนิดพี แคลเซียมโคบอลต์ออกไซด์ (Ca3Co4O9) จากสารตั้งต้นระดับนาโนด้วยวิธีปฏิกิริยาสถานะของแข็ง มีการบดเพื่อลดขนาดอนุภาคด้วยโถบดลูกอาร์เกต การเผาไล่สิ่งเจือปน และการอัดเผาผลึกด้วยวิธีการอัดร้อน ศึกษาโครงสร้างผลึกและสัณฐานวิทยาโดยใช้ XRD และ FE-SEM วัดสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริกของ n-CaMnO3 และ p-Ca3Co4O9 จากอุณหภูมิห้องถึง 973 K เช่นวัดค่าสัมประสิทธิ์ซีเบก ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า และค่าสภาพนำความร้อน 
    ผลการวิจัยพบว่า วัสดุนาโนออกไซด์เทอร์โมอิเล็กทริกชนิดเอ็น CaMnO3 มีขนาดอนุภาคเล็กลงเมื่อผ่านการบด การอัดร้อนใช้ระยะเวลาสั้นเพื่อคงความเป็นผลึกในระดับนาโน พบว่าวัสดุนี้มีโครงสร้างผลึกเดี่ยวแบบออโธรอมบิก ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์ซีเบกมีค่าเป็นลบ มีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าและความหนาแน่นสัมพันธ์ต่ำกว่าสารอ้างอิงที่มีการสังเคราะห์ในระดับไมโคร ทำให้สัมประสิทธิ์ซีเบกมีค่าลดลงและค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าสูงขึ้น เนื่องจากความสัมพันธ์ที่กล่าวมาทำให้ค่า ของ n-CaMnO3 อยู่ที่ 0.008 ในส่วนของ วัสดุนาโนออกไซด์เทอร์โมอิเล็กทริกชนิดพี Ca3Co4O9 พบว่ามีการเรียงซ้อนตัวกันของชั้นโครงสร้างแบบโซเดียมคลอไรด์ (rock-salt structure) ประกบระหว่างชั้นโครงสร้างเฮกซะกอลนอลสองชั้นตามแกน c มีความหนาแน่นสัมพัทธ์มากกว่า 94.87% การอัดร้อนใช้ระยะเวลาสั้นเพื่อคงความเป็นผลึกในระดับนาโนทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ซีเบกสูงขึ้น และมีค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าและสภาพนำความร้อนลดลงซึ่งมีค่า 0.73 W/mK ที่อุณหภูมิ 973 K ทำให้ค่า   เพิ่มมากขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ซึ่งมีค่า 0.25 จึงเหมาะที่จะนำไปประดิษฐ์เป็นวัสดุเทอร์ โมอิเล็กทริกชนิดพี
    การประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบแนวนอน 1 คู่ และ 2 คู่ ด้วยวัสดุออกไซด์เทอร์โมอิเล็กทริกชนิดเอ็น CaMnO3 และชนิดพี Ca3Co4O9 เชื่อมต่อด้วยขั้วไฟฟ้าเงิน ที่ผลต่างอุณหภูมิ 473 เคลวิน วัดความต่างศักย์ไฟฟ้า (electric potential difference,  ) กำลังไฟฟ้าด้านออก (output power,  ) และกระแสไฟฟ้า (current,  ) เพื่อวิเคราะห์ความเป็นไปได้ในการผลิตไฟฟ้า พบว่า 1 คู่ 2 คู่ (แบบอนุกรม และขนาน) มีค่าความต้านทาน 0.33 k, 27.5 k, และ 2.14 k ตามลำดับ มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามผลต่างอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น โดยมีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงสุดของ 1 คู่ มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด 82.14 mV มีค่ากระแสไฟฟ้า 0.14 mA มีค่ากำลังไฟฟ้าด้านออกสูงสุดที่ 7.30 W ในขณะที่ ต่อ 2 คู่ (แบบ อนุกรม) มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด 82.27 mV กระแสไฟฟ้า 0.15 mA ค่ากำลังไฟฟ้าด้านออกสูงสุดที่ 6.12 W และ 2 คู่ (แบบขนาน) มีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าวงจร 100.59 mV กระแสไฟฟ้า 0.16 mA โดยมีค่ากำลังไฟฟ้าด้านออกสูงสุดที่ 7.46 W ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการวิจัยครั้งนี้แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกจากวัสดุออกไซด์ให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
 

Abstract

The thermoelectric oxides n-type calcium manganese oxide (CaMnO3) and p-type calcium cobalt oxide (Ca3Co4O9) were synthesized from nano precursor powder using a solid-state reaction method. It consists of a grinding powder to reduce particle size by mill agate jar, incineration to remove impurities, and a hot-pressing method to compress the crystals. The crystal structure and morphology were studied by XRD and FE-SEM. The thermoelectric properties from an ambient temperature to 973 K of the n-CaMnO3 and p-Ca3Co4O9 samples that were measured consists of the Seebeck coefficient, electrical resistivity, power factor, and thermal conductivity.
    The results showed that after milling, the n-type CaMnO3 material has a reduced particle size. The crystalline nano sizes could be sustained in a short time by hot pressing. The material was identified as an orthorhombic single-crystal structure. The Seebeck coefficient has shown a negative in this case. The values of electrical resistivity and relative density have lower than those of micro-synthesized references. It has a reduced Seebeck coefficient and a higher resistivity. As a result, the   value of n-CaMnO3 has highest about 0.008.
    The crystal structure of Ca3Co4O9 is consisting of alternate stacking sub-systems with a two-dimensional triangular lattice of rock-salt-structure [Ca2CoO3] layers sandwiched between two hexagonal [CoO2] layers along c-axis. It has a relative density of 94.87 %. It is hot-pressed for a short time to keep the nano-scale crystallinity, which results in increasing Seebeck coefficient. As well as electrical resistivity and thermal conductivity were decreased with increasing temperature (0.73 mW/K) leading to an increase of   (0.25). As a result, it is suitable for fabrication into p-type of thermoelectric materials. 
    Fabrication the horizontal of one-pair and two-pair thermoelectric generator using n-type CaMnO3 and p-type Ca3Co4O9 thermoelectric oxide materials coupled connected with silver electrodes. At the differential difference 473 K was measured the electric potential difference, output power ( ), and current. To investigate the possibility of generating electricity for 3 horizontal shape thermoelectric devices, it was observed that resistances around 1 pair (0.33 k), 2 pairs with series circuit (27.5 k), and 2 pairs with parallel circuit (2.14 k), respectively. The electric potential difference was increased with increasing the temperature difference. The maximum potential difference of 1 pair is 82.14 mV, with current value of 0.14 mA and   of 7.30 W. Therefore, 2 pairs connected with series circuit has maximum potential difference about 82.27 mV, with current value of 0.15 mA and   of 6.12 W. Finally, the electric potential difference of 2 pairs connected with parallel circuit is 100.59 mV, current 0.16 mA, and   7.46 W respectively indicating that this research a higher efficiency of horizontal thermoelectric generators constructed of oxide materials.
 

คำสำคัญ
วัสดุนาโน แคลเซียมโคบอลต์ออกไซด์ แคลเซียมแมงกานีสออกไซด์ สมบัติเทอร์โมอิเล็กทริก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก
Keywords
Nano materials, Calcium cobalt oxide, Calcium manganese oxide, Thermoelectric properties, Thermoelectric generator
ไฟล์วิทยานิพนธ์
ลำดับที่ ดาวน์โหลดไฟล์ ขนาดไฟล์
1 fulltext 9,767.48 KB
วันที่นำเข้าข้อมูล
10 ตุลาคม 2565 - 11:07:10
View 217 ครั้ง


^