矽基熱電複合材料及模組組裝技術

為了因應未來的「高齡社會」，為老年居家照護出一份力，創造一個老年人能安心生活的和諧社會，本計畫將針對穿戴裝置提出有效的室溫擷能技術，並開發所需的材料製程、熱電功能元件及模組組裝，以新的能源採集技術來讓裝置能夠長時間的運作，而不至於面臨電力不足的情況。在考量到材料價格、製程環保、擴大規模製作等特性要求之下，本計畫的研究議題著重於低成本之矽基熱電複合材料關鍵製程開發、燒結製程、熱電特性量測、熱電元件組裝及模組設計等項目，以期能達到室溫下體熱生電的目標。綜觀目前熱電材料，在室溫範圍並無任何可行之材料得以商業化，將熱電轉換之效應大量應用於環境擷能。因此若能在材料及製程上大幅降低熱電元件之成本，並能應用在室溫範圍(0 至50℃之間)以提供穿戴裝置電力，實為一重要的能源課題，而本計畫所提出之解決之道便是使用新開發的材料製程技術以製作矽基熱電複合材料。基於未來產業實用化以及充分發揮熱電轉換效率的考量，本計畫提出以矽/矽化鎂/矽錫化鎂，來和二氧化矽奈米粉末所組成的熱電複合元件，研究項目包括：(1)開發矽奈米線熱電粉末；(2)矽化鎂、矽錫化鎂和二氧化矽粉末的混成設計; (3)燒結製程及熱電特性量測; (4) 奈米化結構熱電性能之理論模型建構; (5) 熱電元件組裝及模組設計，及其用於室溫擷能效能評估。本研究計畫將藉由開發矽基奈米粉末製程技術，深入探討其在低溫熱電方面的應用，利用本實驗室所建立之量測平台並整合實驗參數與結果，我們將得到適用於室溫環境擷能之模組，並提出效率評估及模組設計方案，同時培訓熱電相關研發人才。本研究計畫以超越傳統熱電塊材技術之材料成長與設計、模組製作及特性展示作為研究對象，為期3 年進行。此計畫也有先前研究所累積的基礎與經驗，相信此一研究能在期間內很有效率地做出好的結果，以期能對產業應用及學術理論研究更為透徹，並對往後的產業帶來新方向。