我們以X光吸收光譜對不同濃度比例的Cu1-xNix合金（x=0.2，0.3，0.4，0.5）進行有系統之研究。在Cu的K-edge光譜中，Cu 4p空軌域隨著Ni濃度的增加而上升，而Cu 3d-4p空軌域會隨著Ni濃度的增加而下降。在Ni的K-edge光譜中，Ni 4p空軌域會隨著Ni濃度的增加而上升，而Ni 3d-4p空軌域隨著Ni濃度的增加而沒有明顯變化。由Cu的L3-edge面積積分顯示，隨著Ni濃度的增加，x＞0.3的樣品，Cu 3d空軌域會有序下降。由Ni的L3-edge面積積分顯示，隨著Ni濃度的增加，x＞0.3的樣品，Ni 3d空軌域會有序下降。根據實驗結果得到推測，Cu1-xNix合金隨著Ni濃度的增加，會有電子由4p軌域轉移至3d軌域的現象，進而使導電率和熱導率下降，並且由L3-edge面積積分與熱電力的比較，我們發現了Cu 3d空軌域數目的改變量會與熱電力之結果有相關聯。

We have performed x-ray absorption near edge structure (XANES) study on a series of thermoelectric Cu-Ni alloys samples. Cu K-edge spectra indicate that the Cu 4p unoccupied state increases as Ni concentration increases. Ni K-edge spectra indicate that the Ni 4p unoccupied state increases as Ni concentration increases. When Ni concentration x is great than 0.3, Cu 3d and Ni 3d unoccupied states as indicated by the L3-edge absorption intensity, both decrease with increasing Ni concentration. We speculate that Cu 4p-to-3d and Ni 4p-to-3d electronic transfers are responsible for the decreased electric and thermal conductivity. From Cu L3-edge spectra, the absorption intensity indicate that the variation in Cu 3d unoccupied state is related to thermopower.

第一章 序論 …………………………………………………………  1
第二章 樣品簡介 ……………………………………………………  5
2.1 Cu-Ni合金的特性 ………………………………………… 5
2.2 Cu-Ni合金的傳輸性質 …………………………………… 7
2.3 熱電性質相關理論簡介 ……………………………………  9
第三章 X光吸收光譜簡介 ………………………………………… 12
3.1 X光吸收光譜近邊緣結構 (XANES) ……………………… 16
3.2 延伸X光吸收光譜精細結構 （EXAFS） …………………… 17
3.3 數據分析 …………………………………………………  19
第四章 實驗設備與量測方法 ……………………………………… 25
4.1 X光光源 ……………………………………………………  25
4.2單色儀 ………………………………………………………  27
4.3光譜測量方式 ………………………………………………  28
4.4測量樣品的處理與準備 ……………………………………  32
第五章  結果與討論 ……………………………………………… 33
5.1 Cu K-edge 吸收光譜 (XANES) …………………………… 33
5.2 Ni K-edge 吸收光譜 (XANES) ………………………… 39
5.3 Cu L2,3-edge 吸收光譜 (XANES) ……………………… 44
5.4 Ni L2,3-edge 吸收光譜 (XANES) ……………………  52
5.5 探討Cu1-xNix合金之電子結構對傳輸性質影響 …………  64
第六章  結論 ……………………………………………………… 72
參考文獻 …………………………………………………………… 73
圖目錄
圖2.1 Cu-Ni二元合金固液相圖……………………...........……...….....5
圖2.2 Cu-Ni合金結構示意圖………………….…...…………………...5
圖2.3 不同濃度比例的Cu1-xNix合金之導電率對溫度關係圖.……….7
圖2.4 不同濃度比例的Cu1-xNix合金之熱導率對溫度關係圖..…........7
圖2.5 不同濃度比例的Cu1-xNix合金之熱電力對溫度關係圖.….……8
圖2.6 Seebeck Effect示意圖….………………….…………….……...10
圖2.7 Peltier Effect示意圖………………………..………..…….........11
圖2.8 Thomson Effect示意圖…………………….………..…….........11
圖3.1 物質吸收截面與能量之關係圖……….......…………………....14
圖3.2 XANES與EXAFS分界圖………..…………………...………...15
圖3.3 光電子平均自由路徑與能量關係圖………...…………………16
圖3.4 單一散射與多重散射之圖示…………………...………………17
圖3.5 出射電子受鄰近原子的背向散射，而產生干涉現象....……….18
圖3.6 X光吸收光譜之數據分析流程………………………………....19
圖3.7 選擇能量底限E0值的不同方法……………………..………....21
圖4.1 X吸收光譜實驗示意圖…………………………………………27
圖4.2 穿透式…………………………………………………………...28
圖4.3 X光通過物質之強度衰減………………………………….…...28
圖4.4 螢光式……………………….......................................................29
圖4.5 電子逸出式…………………………...…………………………30
圖4.6 光子吸收過程…………...………………………………………31
圖5.1 Cu1-xNix合金系列樣品、純Cu金屬之Cu K-edge歸一化XANES吸收光譜圖..............................................................................................36
圖5.2 Cu1-xNix合金系列樣品、純Cu金屬之Cu K-edge歸一化XANES吸收光譜平移………………………………………………..….……...36
圖5.3 Cu0.5Ni0.5之Cu K-edge歸一化XANES吸收光譜......................37
圖5.4 Cu0.5Ni0.5、純Cu金屬之Cu K-edge歸一化XANES吸收光譜..37
圖5.5 Cu1-xNix合金系列樣品之Cu K-edge歸一化XANES 吸收光譜…………………………………….………………………………..38
圖5.6 Cu1-xNix合金系列樣品、純Ni金屬之Ni K-edge歸一化XANES吸收光譜圖..............................................................................................41
圖5.7 Cu1-xNix合金系列樣品、純Ni金屬之Ni K-edge 歸一化XANES吸收光譜平移..........................................................................................41
圖5.8 Cu0.5Ni0.5之Ni K-edge歸一化XANES吸收光譜......................42圖5.9 Cu0.5Ni0.5、純Ni金屬之Ni K-edge歸一化XANES吸收光譜...42
圖5.10 Cu1-xNix合金系列樣品之Ni K-edge歸一化XANES吸收光譜..............................................................................................................43
圖5.11 Cu0.5Ni0.5之Cu L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜.................47
圖5.12 Cu0.5Ni0.5、純Cu金屬Cu L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜.47
圖5.13 Cu1-xNix合金系列樣品Cu L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜..............................................................................................................48
圖5.14 Cu0.5Ni0.5之Cu L2,3-edge吸收光譜，並且扣除arctangent函數背景......................................................................................................49
圖5.15 Cu0.5Ni0.5 扣除arctangent函數背景之Cu L2,3-edge吸收光譜，並且扣除gauss峰.............................................................................49
圖5.16 Cu1-xNix合金系列樣品扣除背景後的Cu L3-edge吸收光譜...50
圖5.17 Cu1-xNix合金系列樣品扣除背景後的Cu L3-edge面積積分...51
圖5.18 Cu0.5Ni0.5之Ni L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜..................55
圖5.19 Cu0.5Ni0.5、純Ni金屬Ni L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜....55
圖5.20 Cu1-xNix合金系列樣品Ni L2,3-edge歸一化XANES吸收光譜..................................................................................................56
圖5.21 Cu0.5Ni0.5之Ni L2,3-edge吸收光譜，並且扣除arctangent函數背景..........................................................................................................57
圖5.22 Cu0.5Ni0.5 扣除arctangent函數背景之 Ni L2,3-edge吸收光譜，並且扣除gauss峰.............................................................................57
圖5.23 Cu1-xNix合金系列樣品扣除背景後的Ni L3-edge吸收光譜...58
圖5.24 Cu1-xNix合金系列樣品扣除背景後的Ni L3-edge面積積分...59
圖5.25 Cu1-xNix合金系列樣品Cu L3-edge、Ni L3-edge面積積分比較….……………………………….……………………….................63
圖5.26 在室溫300K下，Cu1-xNix合金的導電率對Ni濃度之關係圖.68
圖5.27 在室溫300K下，Cu1-xNix合金L3-edge面積積分值與導電率對Ni濃度之關係圖.................................................................................68
圖5.28 在室溫300K下，Cu1-xNix合金的熱導率對Ni濃度之關係圖.69
圖5.29 在室溫300K下，Cu1-xNix合金L3-edge面積積分值與熱導率對Ni濃度之關係圖.................................................................................69
圖5.30 在室溫300K下，Cu1-xNix合金的熱電力對Ni濃度之關係圖.70
圖5.31 在室溫300K下，Cu1-xNix合金L3-edge面積積分值與熱電力對Ni濃度之關係圖.................................................................................70
圖5.32 在室溫300K下，Cu1-xNix合金 Cu L3-edge面積積分值在各個濃度之間的變化量斜率與熱電力之比較圖………………………..71
圖5.33 在室溫300K下，Cu1-xNix合金Ni L3-edge面積積分值在各個濃度之間的變化量斜率與熱電力之比較圖…………………………..71

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