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系統識別號 U0002-1702201411183500
中文論文名稱 以X光吸收光譜探討Si與Bi雙摻雜之CaMnO3的電子結構及其於熱電性質之關聯性
英文論文名稱 X-ray absorption spectroscopy study of the connection between Bi and Si doped CaMnO 3thermal property and electronic structure
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 102
學期 1
出版年 103
研究生中文姓名 黃展奕
研究生英文姓名 Jhan-Yi Huang
學號 600210149
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2014-01-17
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-張經霖
委員-錢凡之
委員-董崇禮
中文關鍵字 CaMnO3  X光吸收光譜近邊緣結構 
英文關鍵字 CaMnO3  x-ray absorption spectroscopy 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 我們利用X光吸收光譜研究以Bi及Si雙摻雜的CaMnO3熱電材料之電子結構。從O K-edge光譜中可看出2%摻雜之樣品其Mn3d-O2p混成軌域最強,從Mn L2,3-edge光譜可看出Mn+4 Mn+3的比例也是2%摻雜之樣品最高,從Ca L2,3-edge光譜中發現Ca的3d在所有摻雜量下空軌域都是下降的,從Mn K-edge光譜中發現Mn 4p的空軌域數在所有摻雜量都是增加的,從光譜結果可知導電層(MnO2層)載子濃度因摻雜Bi及Si後有增加的趨勢。熱電性質相關物性的量測顯示2%摻雜之樣品電阻、熱導率及熱電力皆最低,而優質係數則最高。我們將對摻雜Bi及Si導致電子結構改變及其對熱電性質的影響機制進行較深入的討論。
英文摘要 We use X-ray absorption spectroscopy to study the electronic structure of Bi and Si-doped double CaMnO3 thermoelectric materials. From the O K-edge spectra can be seen 2% doped sample its Mn3d-O2p hybrid orbitals strongest from Mn L2 ,3-edge spectra can be seen the proportion of Mn +4 Mn +3 is also 2% doped the highest sample found from Ca L2 ,3-edge spectra of Ca doping in all 3d orbitals are empty decline, found several empty orbitals of all doping Mn 4p from Mn K-edge spectrum are added, the result shows that the conductive layer from the spectrum (MnO2 layer) due to the carrier concentration and the Si-doped Bi after increasing trend. Thermoelectric properties of nature-related measurements showed a 2% doped sample resistance, thermal conductivity and thermal electricity are the lowest, and the highest quality coefficient. Si-doped Bi and we will cause changes in the electronic structure and its impact on the thermoelectric properties of the mechanism for a more in-depth discussion.
論文目次 第一章 序論 ................................ 1

第 二 章 樣品簡介 ............................3


2.1 CaMnO3 的特性 .....................…4


2.2 熱電性質相關理論簡介 ........................8


2.3 樣品製程..................................9


第 三 章 X 光 吸 收 光 譜 簡 介 ...............10

3.1 X 光 吸 收 光 譜 近 邊 緣 結 ( XANES ) ...14

3.2 延伸 X 光吸收光譜精細結構(EXAFS) .........15

3.3 數據分析 .................................17

第四章 實驗設備與量測方法 .........................24

4.1 X 光光源 ...............................24

4.2 單 色 儀 .................................26

4.3 光譜測量方 式 ..............................26

4.4 測量之樣品的處理與準備 .......................30


第五章 結果與討論 .................................31


第六章 結論 .....................................57

參考文獻 ..........................................59


------------------------------------------------------------

圖 2.1斜方晶系鈣鈦礦結構圖………………………………………3
圖2.2 Mn3+電子組態圖………………………………………………5
圖2.3 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x=y)之電阻率與溫度關係圖……………5
圖2.4 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x=y)之熱電力與溫度關係圖……………6
圖 2.5 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x≠y)之電阻率與溫度關係圖……….......6
圖 2.6 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x≠y)之熱電力與溫度關係圖…………...7
圖3.1物質吸收截面與能量之關係圖……………………………………………..12
圖3.2 XANES與EXAFS分界圖……………………………………………………13
圖3.3 光電子平均自由路徑與能量關係圖…………………………………….14
圖3.4單一散射與多重散射之圖示…………………………………15
圖3.5 出射電子受鄰近原子的背向散射,而產生干涉現象…………16
圖3.6 X光吸收光譜之數據分析流程………………………………17
圖3.7 選擇能量底限E0值的不同方法…………………………………19
圖4.1 X光吸收光譜實驗示意圖……………………………………………………25
圖4.2 穿透式…………………………………………………………………………………….27
圖4.3 X光通過物質之強度衰減,入射X光強度I0,穿過後之強度

I,物質厚度dx………………………………………………………………………27

圖4.4 螢光式……………………………………………………………………………………..29
圖4.5 電子逸出式………………………………………………………………………………29
圖4.6 光子吸收過程………………………………………………………………………….29
圖5.1 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x=y),Ca L2,3-edge吸收光譜……………34

圖5.2 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x=y),Mn K-edge吸收光譜圖…………35

圖5.3 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ,Mn L2,3-edge吸收光譜………………..36

圖5.4 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ,扣除arctangent後 normalize於Mn4+

Mn L3-edge吸收光……………………………………………......37

圖5.5 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ,O K-edge吸收光譜圖…………………38

圖5.6 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x=y)之熱導率與溫度關係圖……………39

圖5.7 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,Ca L2,3-edge吸收光譜…………………………………………………………….43
圖5.8 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,Mn K-edge吸收光譜圖………………………………………………………….44
圖5.9 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,Mn L2,3-edge 吸收光譜…………………………………………………………….45
圖5.10 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,Mn L2,3-edge 吸收光譜之L3放大圖………………………………………………46
圖5.11為摻雜與未摻雜吸收強度相減Mn L3-edge吸收光譜………46
圖5.12為扣除arctangent後 normalize於Mn4+ Mn L3-edge吸收光譜圖……………………………………………………………………..46
圖5.13 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,O K-edge吸收光譜圖……………………………………………………………..47
圖5.14為摻雜與未摻雜吸收強度相減,O K-edge吸收光譜圖…….47

圖5.15 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,Ca L2,3-edge
吸收光譜……………………………………………………………..51

圖5.16 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Si為0.02的部分,Mn K-edge
吸收光譜圖…………………………………………………………..52

圖5.17 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Si為0.02的部分,Mn L2,3-edge
吸收光譜…………………………………………………………….53

圖5.18 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Si為0.02的部分,Mn L2,3-edge 吸收光譜之L3放大圖………………………………………………54

圖5.19為摻雜與未摻雜吸收強度相減Mn L3-edge吸收光譜………54

圖5.20為扣除arctangent後 normalize於Mn4+ Mn L3-edge吸收光譜
..…………………………………………………………………….54

圖5.21 Ca1-xBixMn1-ySiy(x≠y)系列固定Bi為0.02的部分,O K-edge吸收光譜圖……………………………………………………………..55

圖5.22為摻雜與未摻雜吸收強度相減,O K-edge吸收光譜圖…….55

圖5.6 Ca1-xBixMn1-ySiyO3+δ(x≠y)之熱導率與溫度關係圖……………56
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