บทท 2 วรรณกรรมปรทศน

วรรณกรรมและงานวจยทเกยวของกบการสงเคราะหสารประกอบซงกแอนตโมนายด

(Zinc Antimonide : Zn4Sb3) ดวยเทคนคไมโครเวฟพลาสมา รายงานในบทนมเนอหาประกอบไปดวย ความรทวไปเกยวกบวสดเทอรโมอเลกตรก โครงสรางของสารประกอบซงกแอนตโมนายด ระบบการสงเคราหดวยเทคนคไมโครเวฟพลาสมา การศกษาการเตรยมสารประกอบซงกแอนตโมนายดของกลมวจยทนาสนใจ รวมทงรายละเอยดของหลกการเครองมอทใชในการวเคราะหคณสมบตของสารประกอบซงกแอนตโมนายดทเตรยมได

2.1 ความรทวไปเกยวกบวสดเทอรโมอเลกตรก วสดทสามารถเปนแหลงก าเนดกระแสไฟฟาไดอยางมประสทธภาพ โดยใชหลกการจากปรากฏการณซเบค (Seebeck effect) หรอสามารถท าใหเกดความเยนได โดยใชหลกการจากปรากฏการณเพลเทยร (Peltier effect) ซงวสดชนดนเปนทรจกในชอวา วสดเทอรโมอเลกตรก (Thermoelectric materials) วสดเทอรโมอเลกตรกยงมความสามารถในการท าหนาทเปนตเยนในสถานะของแขง หรอ ปมความรอนได ซงไมมการใชชนสวนทเคลอนทใดๆ หรอของเหลวทเปนอนตรายตอสงแวดลอม ดวยเหตนท าใหวสดเทอรโมอเลกตรกมความนาเชอถอสง และดวยความเรยบงายของวสด ท าใหมการใชวสดเทอรโมอเลกตรกอยางกวางขวางในหลายๆดาน เชน การผลตกระแสไฟฟา และการประยกตใชงานทางดานความหลากหลายของการระบายความรอน 2.1.1 หลกการของการเปลยนแปลงพลงงานเทอรโมอเลกตรก วสดเทอรโมอเลกตรกมความสามารถในการเปลยนแปลงความรอนใหเปนกระแสไฟฟาไดโดยตรง โดยใชพนฐานบนปรากฏการณซเบค (Seebeck effect) ซงเปนปรากฏการณทถกคนพบโดย โทมส โจแฮนน ซเบค (Thomas Johann Seebeck) ในปค.ศ. 1821 [1,3] ซเบคไดท าการสงเกต จากการน าวสดสองชนดซงไมเหมอนกนมาตอกน และจะท าใหเกดความแตกตางของอณหภมบรเวณจดสมผสของวสดสองชนดน (T และ T+T) ความแตกตางของความตางศกย (V) มการพฒนาใหเปนสดสวนกบความแตกตางของอณหภม (T) ซงมการแสดงในรปท 2.1 อตราสวนของความตางศกยท าใหเกดอณหภมเกรเดยนต ( temperature gradient : V/T ) ซงเปนผลของการน าไปสคณสมบตทแทจรงของวสด เราเรยกวา สมประสทธของซเบค

5

(Seebeck coefficient : ) วสดทมคาสมประสทธของซเบคนอยมากๆ จะอยในกลมโลหะ (เพยงไมก V/K) และวสดทมคาสมประสทธของซเบคมากๆ จะอยในกลมสารกงตวน า (โดยปกตจะเปนเพยงไมกรอย V/K) [3] ปรากฏการณของการเหนยวน ากระแสไฟฟาโดยอณหภมเกรเดยนตต เราเรยกเทอมนวา เทอรโมอเลกตรกซต (Thermoelectricity) คณสมบตทางกายภาพของเทอรโมอเลกตรกซตถกอธบายจากปรากฏการณดงกลาวโดยทการขนสงหรอเคลอนทของประจ(อเลกตรอน หรอ โฮล) ทต าแหนงรอน (hot side) ของวสดจะมพลงงานความรอนมากกวาต าแหนงเยน (cold side) ซงเปนผลมาจากการแพรของประจทสามารถเคลอนทไดไปยงบรเวณต าแหนงทเยน และเมอในบรเวณต าแหนงทเยนมประจทสามารถเคลอนทไดอยในปรมาณมากกวาบรเวณต าแหนงทรอน จะท าใหการกระจายของประจเปนรปแบบไมเปนไปในทางเดยวกน สงผลใหสนามไฟฟาเกดการตอตานการแพรของประจ ถาวสดอยในวงจรแบบเปด ระบบจะเขาสสภาวะสมดลเมออตราของประจมการยายจากดานเยนไปสดานทรอน เนองจากสนามไฟฟา ดงนนศกยไฟฟาเคมในสภาวะสมดลจะมการตอบสนองกบความลาดชนของอณหภม ซงศกยไฟฟาเคมนเปนทรจกในเทอมของ ความตางศกยซเบค (Seebeck voltage) และจ านวนของความตางศกยทถกสรางขนตอหนวยของความลาดชนอณหภม เราเรยกเทอมนวา สมประสทธของซเบค (Seebeck coefficient) และถาวสดถกเชอมตอกบวงจร ศกยไฟฟาเคมจะมการเคลอนยายกระแสซงเปนการท างานของกระแสไฟฟา และเปนพนฐานของแหลงก าเนดพลงงานเทอรโมอเลกตรก [1] และลกษณะการเกดแบบนมการแสดงไวดงรปท 2.2(a) ในกรณของซเบค คาอณหภมเกรเดยนตจะถกเหนยวน าดวยศกยไฟฟาเคมใหสรางกระแสขนในวงจร ซงเปนสรางสนามแมเหลกในอกวธหนง

รปท 2.1 วงจรเทอรโมไดนามกสส าหรบความสมพนธของคาสมประสทธซเบค [2]

6

รปท 2.2 แผนผงแสดงหลกการเทอรโมอรอเลกทรก โดยท (a) power generation

(Seebeck effect) และ (b) active refrigeration (Peltier effect) [12] วสดเทอรโมอเลกตรกสามารถใชท าเปนตเยนในสถานะของแขง หรอ ปมความรอนได โดยอาศยการขบเคลอนของกระแสไฟฟาในวงจร จากวสดทไมเหมอนกนสองชนด ลกษณะการท างานเชนนเปนการใชประโยชนจากปรากฏการณเพลเทยร ซงถกคนพบโดย ยน ชารเลส อะธาเนส เพลเทยร ( Jean Charles Athanase Peltier ) ในป ค.ศ. 1834 เกดจากการน าวสดทมอณหภมเทากนสองชนดมาสมผสกน และท าการปลอยกระแสไฟฟาดงรปท 2.3 จะท าใหเกดการปลอยหรอดดความรอน ซงสามารถอธบายไดโดยใชคาสมประสทธของเพลเทยร (Peltier coefficient : = ) ซงวสดนมการอาศยพารามเตอรจากคาสมประสทธซเบค โดยน ามาอธบายเกยวกบพลงงานความรอนทเกดขนจากการเปลยนแปลงประจภายในระบบ เมอมการใหกระแสไฟฟาไหลผานพนผวของวสดตาวกนสองชนดอยางตอเนอง ถาวสดมความแตกตางของสมประสทธเพลเทยรเกดขน ความรอนจะถกปฏเสธหรอถกดดกลนอยางใดอยางหนงทบรเวณจดเชอมตอของวสดสองชนดนน ขนอยกบสญญาณความแตกตางระหวางคาสมประสทธเพลเทยรกบปรมาณการใหกระแสไฟฟาแบบตรง และถามการใหกระแสไฟฟาแบบตรงเขาไปบรเวณจดเชอมตอของวสดในหนงต าแหนง จะท าใหเกดเปนความรอนออกมา ซงเปนหลกการพนฐานของ

7

เครองท าความเยนเทอรโมอเลกตรก และการใหกระแสไฟฟาแบบตรงอนๆจะสามารถสรางความรอนทจดเชอมตอของวสดสองชนด อปกรณทมหลกการเชนนไดแก ปมความรอน (Heat pump) อตราของความรอนเพลเทยรถกปลอยหรอปฏเสธทบรเวณจดเชอมตอระหวางวสด (Qp) ถกนยามไววา Qp = โดยท คอ กระแสไฟฟาบรเวณจดเชอมตอของวสด และ คอ อณหภมในหนวยเคลวน วสดสองชนดทมกถกเลอกน ามาท าเปนวสดเทอรโมอเลกตรกจะตองมความตรงขามกนของประจหลกในวสดนนๆ ดงรปท 2.2(b) ขาของวสดดานหนงมลกษณะเปนแบบ n-type และอกขางหนงเปนแบบ p-type เพอเปนการสรางความแตกตางแบบมากทสดระหวางคาสมประสทธเพลเทยร และปรมาณความรอนทถกดดกลนหรอสรางขน [1,3]

รปท 2.3 แสดงวงจรเทอรโมไดนามกสส าหรบปรากฏการณเพลเทยร [2]

2.1.2 ความหมายและค าอธบายของ Figure of Merit ประสทธภาพของวสดเทอรโมอเลกตรกสวนใหญเปนการก าหนดคาจากการวดดวยคา Figure of Merit (ZT) ของวสด [3]

(2.1)

โดยท คอ คาสมประสทธซเบค (Seebeck coefficient) คอ คาการน าไฟฟา (electrical conductivity) คอ คาความตานทานไฟฟา (electrical resitivity) คอ ผลรวมทงหมดของคาการน าความรอน (total thermal conductivity)

8

สวนการค านวณคาpower factor ( ) สามารถค านวณไดจาก หรอ ซงโดยปกตจะมการเพมประสทธภาพในชวงพลงงานทแคบของวสดกงตวน า (โดยปกตมคา ประมาณ 1019 carrier/cm3 ) ถามการเจอจะใหคา ZT ทสงมาก การเคลอนทอยางรวดเรวของประจเปนสงทเราตองการ เนองจากการมคาการน าไฟฟาทสงมากๆนน จะท าใหมความเขมขนของประจเกดขน คาZTของวสดเดยวมคานอยจงมการน ามาจดเรยงเปนแบบแถวคของวสดเทอรโมอเลกตรก และถกน ามาใชในอปกรณหรอโมดล 2.1.3 ความขดแยงในคณสมบตของวสดเทอรโมอเลกตรก พนฐานในวสดเทอรโมอเลกตรกมความตองการเพมประสทธภาพความหลากหลายของคณสมบตทขดแยงกน เพอเปนการเพมคา ZT ของวสด ซงการเพมขนของคา ZT หรอตองการไดคา ZT ทมคาสงจะตองมลกษณะดงน คอ มคาสมประสทธซเบคสง มคาการน าไฟฟาสง และมคาการน าความรอนต า ซงลกษณะเหลานตองขนอยกบคณสมบตของวสด จ านวนของพารามเตอรทตองการเพมคา ZT ใหสงขน [13] 2.1.3.1 ความเขมขนของประจ (Carrier concentration) เพอใหแนใจวาคาสมประสทธซเบคทขนาดใหญควรมประจเพยงชนดเดยว การผสมกนในการน าชนด n-type และ p-type จะขนอยกบการเคลอนทของประจทงสองไปยงดานเยน และการยกเลกการเหนยวน าของความตางศกยซเบค ความเขมขนของประจนอยในพวกฉนวน และสารกงตวน าบางชนด มคาสมประสทธซเบคทมาก สามารถดจากความสมพนธในสมาการท 2.2 อยางไรกตามความเขมขนของประจทนอยเปนผลมาจากคาการน าไฟฟาทนอยเชนกน ดงสมาการท 2.3 ความสมพนธระหวางความเขมขนของประจและคาสมประสทธซเบค สามารถดไดจากความสมพนธของการเคลอนยายของอเลกตรอนในโมดลอยางงาย ส าหรบโลหะหรอสารกงตวน าทเสอมสภาพ คาสมประสทธซเบคสามารถค านวณไดจาก

(2.2)

โดยท n คอ ความเขนขนของประจ (carrier concentration) kB คอ Boltzman constant m* คอ effective mass ของประจ

9

สวนคาการน าไฟฟา () และคาความตานทานไฟฟา () สามารถน ามาหาคา n ทท าใหประจทการเคลอนท ( carrier mobility : ) (2.3)

รปท 2.4 แสดงความสมพนธระหวางคาเทอรโมเพาเวอร และคาการน าไฟฟาทสงในวสดเทอรโมอเลกตรก ทสงผลใหวสดมคา ZT ทสง โดยปกตพคเหลานมกจะเกดขนเมอมความเขนขนของประจอยระหวาง 109 และ 1021 carriers/cm3 (โดยขนอยโครงสรางของตววสด) ซงโดยทวไปตกอยระหวางโลหะและสารกงตวน า การเพมประสทธภาพ (ZT) ของเทอรโมอเลกตรกจะตองพจารณาเทอมของคาการน าความรอน (thermal conductivity : ) สมประสทธซเบค (Seebeck coefficient : ) และคาการน าไฟฟา (electrical conductivity : )

รปท 2.4 แสดงการเพมประสทธภาพ (ZT) จากการปรบคาความเขนขนของประจ[13]

10

2.1.3.2 ประสทธภาพมวลยงผล (Effective mass) ประสทธภาพมวลยงผลของเหลาประจพาหะจะชวยสรางการชนกนของประจจ านวนมาก ท าใหม effective mass ทมากขน ซงสงผลใหมคาเทอรโมเพาเวอรสงขนแตคาการน าไฟฟามคาต าลง สวนคา m* จากสมาการ 2.2 เปนการแสดงถงความหนาแนนของสถานะของeffective mass ซงจะมคาเพมขนในชวงแคบๆ หรอในชวงระดบพลงงานเฟอรม(Fermi-energy) อยางไรกตามประสทธภาพมวลยงผลทมความเฉอยกยงมความเชอมโยงกบคาของ m* โดยทประจทมน าหนกมากจะมความเรวต าในการเคลอนทจงสงผลใหมการเคลอนททชา และสงผลใหมการน าไฟฟาทต าตามสมการท 2.3 ความสมพนธระหวางประสทธภาพมวลยงผลกบความสามารถในการเคลอนทของประจนนมความซบซอน และขนอยกบโครงสรางทางไฟฟา(electronic structure) การกระเจงแบบเชงกลและแบบแอนไอโซทรอป (scattering mechanisms and anisotropy) ในทางทฤษฎเทอมของมวล effective mass นสามารถอยลกษณะคแบบแอนไอโซทรอปกในโครงสรางผลก [2] 2.1.3.3 การน าความรอนดวยอเลกตรอนและการน าความรอน (Electronic and thermal conductivity) [20] วสดทมการออกแบบใหมความขดแยงกนเพมเตมจากความจ าเปนส าหรบการน าความรอนต า และการน าความรอนทางเทอรโมอเลกตรกนนมทมาจากสองปจจย คอ 1. การสงผานความรอนของอเลกตรอนและโฮล (el) และ 2. โฟนอนทเดนทางผานเขามาในแลตทซ (lat) สวนใหญเทอมในทางไฟฟา (el) จะเกยวของกบการน าไฟฟาซงสามารถค านวณไดจากความสมพนธของ Wiedemann-Franz (2.4) และ (2.5) โดยท L คอ Lorenz factor มคาเทากบ 2.4 x 10-8 J2K-2C-2 (ส าหรบอเลกตรอนอสระ) ซงคา Lorenz factor จะมคาทแตกตางกนไปโดยเฉพาะอยางยงความเขมขนของประจ และการประเมนความถกตองของ el เปนสงทส าคญ เชนเดยวกบการค านวณคา lat ซงมกจะเปนความแตกตางระหวาง และ el (ดงสมการ 2.4 และ 2.5) ในการใชทดลองคาการน าไฟฟา แหลงก าเนดทวไปของ el

11

เกดขนในวสดทมความเขมขนของประจต า สงผลใหคา Lorenz factor ลดลงไดมากถง 20 เปอรเซนต จากคาของอเลกตรอนอสระ ความไมแนนอนทเพมขนใน el เปนผลมาจากการรวมตวกนในการน าตางๆ ซงเปนการเพมเทอมของ bipolar ในการน าความรอน สงผลใหเกดความเขาใจนเพมมากขนของ lat ทอณหภมสง ส าหรบ Zn4Sb3 , Bi2Te3 , PbTe และอนๆ ดงแสดงไวดงรปท2.6 การเรมมการน าความรอนของขวแบบ bipolar เกดขนทอณหภมเดยวกนกบพคของซเบคและความตานทานไฟฟา ซงเปนผลเดยวกบการเกดขวแบบ bipolar เมอตองการใหมคา ZT ทสงจะตองมคาการน าไฟฟาทสง แตมคาการน าความรอนทต า จากกฏของ Wiedemann-Franz ไดแสดงใหเหนวาความขดแยงโดยธรรมชาตของวสดท าใหเกดประสทธภาพทางเทอรโมอเลกตรกทสง เชน ในวสดทมความสามารถในการน าไฟฟาไดสง(โลหะ) หรอมคาlatทนอยมากๆ คาสมประสทธซเบคจะถกใชเปนตวก าหนดหลกของการแสดงคาZT ซงสามารถดไดจากสมการท2.6 เมอ (lat/el)มคานอยกวา1มากๆ(<<1)

(2.6)

12

รปท 2.5 โครงสรางผลกทซบซอนจะมคาการน าความรอนของแลตทซทต า และคาการน าความ

รอนทต ามากๆจะพบในระบบวสดทมความซบซอน [13] 2.1.3.4 การน าความรอนแบบแลตทซ (Lattice thermal conductivity) วสดทมโครงสรางเปน amorphous จะมคาการน าความรอนแบบแลตทซทต าทสด ในวสดประเภทนจะมคาการน าความรอนทแสดงใหเหนถงความเปนอสระของพลงงานทผานเขาไปยงแลตทซมากกวาการสงผานของโฟนอนอยางรวดเรว และน าไปสการน าความรอนทต า (min)[14] วสดทมโครงสรางเปนแบบ amorphous ทมโดยทวไปแลวจะมคาทางเทอรโมอเลกตรกทไมคอยด เนองจากวาวสดเหลานนขาดคณสมบตความตองการของอเลกตรอนในผลก เมอท าการ

13

เปรยบเทยบกบผลกของวสดประเภทกงตวน าแลว วสดประเภทนจะมการเคลอนทของประจทชากวาสงผลใหมการเพมขนของการกระเจงของอเลกตรอนและมประสทธภาพมวลยงผลนอยมากเนองมาจากมแถบของชนพลงงานทกวาง ดงนนวสดเทอรโมอเลกตรกทดจงตองใหผลกของวสดนนมการกระเจงของโฟนอนโดยทไมสงผลกระทบตอการน าไฟฟา การไหลผานของความรอนจะถกสงผานโดยสเปกตรมของโฟนอนทมความยาวคลนแตกตางกนและระยะอสระเฉลย(mean free path) โดยมความยาวทนอยกวา 1 นาโนเมตรแตมากกวา 10 ไมโครเมตร สงผลใหการกระเจงของโฟนอนมความยาวทแตกตางกน เพราะฉะนนวสดทางเทอรโมอเลกตรกจงเปนวสดทมคณสมบตพเศษ นนกคอ เปนวสดทมลกษณะโครงสรางเปน amorphous โดยใชโฟนอนเปนตวน าความรอน และใชอเลกตรอนเปนตวน าความรอนในผลก ซงจะรจกในลกษณะภาษาองกฤษวา a phonon-glass electron-crystal (PGEC) [2] ลกษณะโครงสรางของวสดแบบ electron-crystal เกดจากความจรงทวาผลกของพวกสารกงตวน ามคณสมบตทางไฟฟาทดทสด (มคาสมประสทธซเบคและคาการน าไฟฟาทสง) สวนความตองการของวสดทมลกษณะเปน amorphous โดยมโฟนอนเปนตวน าความรอน (phonon-glass) เกดจากการทมคาการน าความรอนแบบแลตทซทต า วสดเทอรโมอเลกตรกแบบดงเดมมการใชลกษณะโครงสรางในบรเวณการแทนท (substitution site) เชน การน าโลหะมาผสมกน (alloying) โดยมการน าธาตทมคณสมบตทางไฟฟาใสลงไปแทนทในบรเวณนนจะท าใหโครงสรางผลกยงคงมความเปนกลางทางไฟฟาอย ในขณะทมมวลขนาดใหญมากระทบกบโฟนอนของโครงสรางผลกแบบน สวนใหญการกระตนใหวสดเทอรโมอเลกตรกเกดเปนผลส าเรจไดโดยการอธบายดวยวธการในการเปนวสดแบบ phonon-glass electron-crystal materials

2.1.3.5 การพฒนาในวสดเทอรโมอเลกตรก ความสนใจการคดคนเพอประดษฐวสดเทอรโมอเลกตรกแบบใหมมแรงจงใจโดยการกอใหเกดความซบซอนในขนาดความยาวของเซลลตนแบบ ซงสามารถน าไปสกลไกใหมส าหรบการสรางประสทธภาพของวสดเทอรโมอเลกตรกทสง [15,16] ในชวงกลางป ค.ศ. 1990 มทฤษฎทท านายเกยวกบประสทธภาพทางเทอรโมอเลกตรกทสามารถมคาเพมขนไดโดยการจ ากดควอนตมของการแตกตวของอเลกตรอน แถบพลงงานของอเลกตรอนในขอบเขตโครงสรางทางควอนตมเปนไปอยางชาและตอเนองในชวงแคบๆ โดยเปนการจ ากดการเพมขนและการลดลงของขนาด และในชวงแคบๆนจะท าใหเกดประสทธภาพมวลยงผลทมาก สงผลใหมคาสมประสทธซเบคมคาทสงตามไปดวย นอกจากนยงมขนาดทใกลเคยงกน โครงสรางแตกตางกนไปตามการวเคราะหทางวศวกรรม ซงอาจท าใหคาสมประสทธซเบคและคาการน าไฟฟาเปนผลมาจากการคดกรองอเลกตรอน [17] อาจท าใหเกดคา ZT ทสง ถงแมวาอปกรณทมคา ZT สงจะถกอธบายตาม

14

หลกการดงกลาว การท านายไดถกตรวจสอบหาสงทนาสนใจใหมๆในวสดเทอรโมอเลกตรกทมความซบซอน ซงมความส าคญในการรวมมอกนของสองสาขาวชาขนไป โดยมการวจยในเรองเทอรโมอเลกตรกทตองการเขาใจทางเคมแบบสถานะของแขง (solid-state chemistry) การวจยทางดานไฟฟาทมการใชอณหภมสงและการวดคาการสงถายความรอน และการวจยทางฟสกสแบบสถานะของแขง ซงผลจากการรวมมอแบบนจะท าใหมความเขาใจอยางถองแทในจดก าเนดของคณสมบตทดทางเทอรโมอเลกตรก เมอไมนานมานมการรวมลกษณะเฉพาะของวสดทระบวามคา ZT ทสงไว ซงสามารถใชเปนแนวทางในการคนหาหรอวจยวสดชนดใหมๆขน หนงในลกษณะเดนทวไปของวสดเทอรโมอเลกตรกถกพบวา คา ZT มคามากกวา 1 ซงหมายถงวาสวนใหญวสดเหลานมคาการน าความรอนแบบแลตทซต ากวาวสดในเชงพาณชย ดงนนความส าเรจโดยทวไปกคอการทเราไดรจกกบวสดทมโครงสรางเปนแบบ phonon-glass อยางใกลชด ในขณะทไดรกษาวสดทมโครงสรางแบบ electron-crystal คาการน าความรอนแบบแลตทซทลดลงนเปนความส าเรจจากการกระเจงของโฟนอนขามผานระยะความยาวตางๆ ซงมการปรบปรงใหเกดประสทธภาพทางเทอรโมอเลกตรกทสง ตามสมการ 2.6 มสามวธทเราสามารถใชเพอลดคาการน าความรอนแบบแลตทซทประสบความ ส าเรจสง อยางแรกคอ ท าใหเกดการกระเจงของโฟนอนเขาไปในหนวยเซลล โดยการสรางโครงสรางใหมลกษณะดงนคอ ท าใหโครงสรางมต าหนแบบจด เชน มต าแหนงการแทนท (interstitial) หรอ ชองวาง (vacancy) หรอ การท าใหเปนอลลอย [2] วธทสองคอ การใชโครงสรางผลกทซบซอนไปท าการแยกลกษณะการจบตวแบบelectron-crystal ออกจากแบบ phonon-glass ทซงเปนเปาหมายในการจบตวเปนแบบ phonon-glass โดยไมไปกระทบตอการเปนผลกในบรเวณทมการสงผานอเลกตรอน สวนวธทสามคอ การท าใหโฟนอนเกดการกระเจงทบรเวณรอยตอของเฟส ซงขนอยกบการใชองคประกอบทผสมกนอยหลายเฟสในระดบนาโนสเกล [15] และวสดทมโครงสรางในระดบนาโนนสามารถเกดการจบตวกนเปนลกษณะของฟลมบางบนตวแลตทซได หรอ มการจบตวกนเปนโครงสรางทมองคประกอบรวมกนอยอยางใกลชด 2.1.4 Thermoelectric Module : Device หลกการจากปรากฏการณเพลเทยรทกลาวมาแลวในขางตนนนสามารถใชเปนพนฐานส าหรบสรางอปกรณท าความเยนเทอรโมอเลกตรกแบบใหมในปจจบน และจากหลกการของปรากฏการณซเบคกสามารถใชเปนพนฐานส าหรบการสรางอปกรณก าเนดแหลงพลงงานเทอรโมอเลกตรก วสดเทอรโมอเลกตรกสามารถน าไปใชประโยชนในหลายดานดงแสดงไวในรปท 2.6 ซงเปนการแสดงลกษณะคของอปกรณเทอรโมอเลกตรกทประกอบไปดวยวสดกงตวน าชนดเอน (ม

15

เทอรโมเพาเวอรเปนแบบnegative และประจทใชคอ อเลกตรอน) และวสดกงตวน าชนดพ (มเทอรโมเพาเวอรเปนแบบpositive และประจทใชคอ โฮล) ซงมการเชอมตอกนดวยแผนน าไฟฟาทเปนโลหะ ตวท าความเยนทงสอง (ดงรปท2.6(a)) และตวก าเนดพลงงาน (ดงรปท2.6(b)) สามารถท าใหส าเรจโดยการใชโมดลเดยวกนได โมดลหรออปกรณเทอรโมอเลกตรกถกสรางขนโดยการน าวสดกงตวน าดงกลาวมาจดเรยงเปนคๆ โดยมการก าหนดใหชดของไฟฟาอยแบบขนานกบชดของความรอน ซงแสดงไวดงรปท 2.6(c) และรปท 2.7 เปนการแสดงการแปลงพลงงานในวสดเทอรโมอเลกตรกโดยใชปรากฏการณซเบค อยางไรกตามอณหภมเกรเดยนตถกก าหนดจากอปกรณ สงผลใหเกดคาความตางศกยขน ซงเปนตวทใชในการขบเคลอนใหเกดกระแสไฟฟาไหลผานในอปกรณดงแสดงในรปท 2.6(b)

การแปลงความรอนใหเปนไฟฟาโดยตรงแบบน เปนสงทตรงกนขามกบความรอนเพลเทยรทถกสรางขนเมอกระแสไฟฟาไหลผานเขาสวสดเทอรโมอเลกตรก ซงท าใหเกดอณหภมเกรเดยนตขน โดยทความรอนจะถกดดกลนเขาไปยงสวนทเยน และถกสงผาน(หรอปม)เขาไปยงวสดเทอรโมอเลกตรก และถกปฏเสธทบรเวณชองวาง ดงนนจงเกดความสามารถในการท าความเยน ประโยชนของการแปลงพลงงานในวสดเทอรโมอเลกตรกแบบสถานะของแขงจะมลกษณะเปนปกแผน เงยบ (เนองจากไมมการเคลอนท) และมการจ ากดความรอนแความเยนทเกดขนได ยงไปกวานนพลงงานในการรวมตวของความรอนทสญเสย (ประสทธภาพเปน 0%) ทโดยปกตจะหายไปอาจถกแปลงเปนพลงงานไฟฟา (ซงมประสทธภาพของการท างาน7-8%) ทมประโยชนในอปกรณก าเนดพลงงานเทอรโมอเลกตรก

16

รปท 2.6 แสดงเครองยนตความรอนเทอรโมอเลกตรก (A) เมอกระแสวงขามผานจเชอมตอของเทอรโมอเลกตรก โดยทมความรอนหรอเยนตามปรากฏการณเพลเทยร ซงขนอยกบการไหลผานของกระแสไฟฟาแบบตรง (B) เมอกระแสวงขามผานจเชอมตอของเทอรโมอเลกตรก โดยท

กระแสไฟฟาเปนแหลงก าเนดตามปรากฏการณซเบค และ (C) การจลองแหลงก าเนดเทอรโมอเลกตรกทเชอมตอกบจดเชอมตอของชดทมการเพมขนของความตางศกยและมการแยกตวของการ

สงผานความรอน [18]

17

รปท 2.7 แสดงภาพโมดลเทอรโมอเลกตรกทมทศทางการไหลของการเปลยนแปลงในการระบายความรอนและการผลตกระแสไฟฟา [13]

18

รปท 2.8 แสดงคา Figure of Merit (ZT) กบฟงกชนอณหภม

ส าหรบวสดเทอรโมอเลกตรกแบบบลก [3] ในปจจบนวสดเทอรโมอเลกตรกทดทสดทใชในอปกรณ จะมคา ZT≈1 คานไดรบการทดลองบนขอบเขตทจ ากดมานานกวา30ป แตไมมเหตผลทางทฤษฎหรอทางเทอรโมไดนามกสส าหรบการอธบายคา ZT≈1 ซงกเปนอกอปสรรคหนง จากสมการ 2.1 คา ZT อาจเพมขนเนองจากคาlatลดลงหรอมการเพมขนของคา หรอ อยางไรกตาม จะเชอมโยงกบการน าความรอนทางไฟฟา สวนคา el จะดจากความสมพนธของ Wiedemann-Franz วสดเทอรโมอเลกตรกแบบเดมเหลานไดมการตรวจสอบอยางมาก และมการปรากฏใหเหนส าหรบการปรบปรงรายละเอยดเพมเตมในโครงสรางแบบบลกทพบไดบอยๆ ในปจจบนผลของวสดเทอรโมอเลกตรกทมโครงสรางอยในระดบนาโน ไดมการแสดงใหเหนทศทางใหมทมแนวโนมส าหรบวสดเหลาน นอกจากนสารประกอบในหมวดใหมๆจะตองมการตรวจสอบ รปท 2.8 แสดงคา ZT ซงเปนฟงกชนตามอณหภมส าหรบวสด Zn4Sb3 และวสดอนๆทมคาZT ทดในลกษณะแบบบลก ทมการพฒนามาหลายสบป

19

2.1.5 Thermoelectric efficiency (ความมประสทธภาพของเทอรโมอเลกตรก) ในวสดเทอรโมอเลกตรกจะมวสดอยสองชนทประกอบอยเปนคในอปกรณเทอรโมอเลกตรก ดงรปท 2.6 และ 2.7 โดยแตละชนจะเปนวสดชนดเอน และวสดชนดพ การทละเลยเกยวกบเรองของปรสตมสวนท าใหประสทธภาพการท างานของอปกรณลดลง ดงเชนการเชอมโยงความตานทานกบปรากฏการณทางรงสตางๆทเกดขนภายในตวอปกรณ เราสามารถทราบผลของประสทธภาพในการท างานของวสดเทอรโมอเลกตรกไดจากความสมพนธดงน

(2.7)

ประสทธภาพของวสดเทอรโมอเลกตรกแบงเปนสองโหมด คอ โหมดการสรางความเยน (refrigeration mode : ) และโหมดการสรางกระแสไฟฟา (power generation mode : ) ซงทงสองคานจะเปนตวบงบอกคา ZT ของอปกรณทเกดขนตามสมการ 2.7 สวนประสทธภาพในเทอมของของตวอปกรณเทอรโมอเลกตรกแบบคจะสงผลใหก าลงไฟฟาไหลเขาสน าหนกของวสด (load : W) มากเกนอตราการไหลของความรอน (the net heat flow rate : QH) โดยท QH คอปรมาณความรอนทไหลผานจากแหลงก าเนดไปยงบรเวณแองแบบpositive

(2.8)

โดยท TH คอ อณหภมทบรเวณhot-site, TC คอ อณหภมทบรเวณcool-site และ TM คอ

อณหภมเฉลย ดงนนจะพบวา มคาเปนไปตาม และมประสทธภาพคลายกบประสทธภาพของ Carnot efficiency ถาคา ZT ทไดมคาเขากบกบอนฟนต 2.2 ระบบไมโครเวฟพลาสมา (Mircowave Plasma System)

2.2.1 คลนไมโครเวฟ (Microwave ) [19]

ไมโครเวฟ (microwave) เปนคลนความถวทยชนดหนงทมความถอยระหวาง 0.3GHz - 300GHz สวนในการใชงานนนสวนมากนยมใชความถระหวาง 1GHz - 60GHz เพราะเปนยานความถทสามารถผลตขนไดดวยอปกรณอเลกทรอนกส ในป ค.ศ.1940 ของสองนกประดษฐชาว

20

องกฤษ คอ จอหน แรนดอลลและ เอช เอ บตไดประดษฐอปกรณทเรยกกนวา "แมกนตรอน" ใชผลตพลงงานไมโครเวฟ ซงเปนการแผรงสคลนสนรปแบบหนง โดยจดประสงคครงแรกคอ ใชในการปรบปรงระบบเรดารทใชในสงครามโลกครงท 2 เปอรซ เลอ บารอน สเปนเซอร เปนนกฟสกสทท างานใหกบ บรษท เรทออน ผผลตอปกรณเรดาร เขาพบวา เมอเขาใชเครองแมกนตรอน รงสทไดใหความรอนออกมาดวย เขาจงหาวธทจะน าเอาความรอนนมาใช ในไมชาเขากใชแมกนตรอนละลายชอกโกเลตและท าขาวโพดควของเขาไมโครเวฟท าใหโมเลกลของอาหารเกดการสนสะเทอน ดงนนอาหารจงรอนขนและขบวนการนเกดขนเรวมาก คลนนไมท าใหสงทท าจากกระดาษ กระเบองเคลอบ หรอแกวรอนขน การใชไมโครเวฟในการปรงอาหารนอกจากจะสะดวก ใชเวลาสนลงแลวยงประหยดพลงงานอกดวยใน ค.ศ.1945 เรมมการผลตเตาไมโครเวฟออกจ าหนายแตยงมขนาดใหญไมเหมาะกบการใชในครวทวไป ตองใชเวลาอกนานกวาจะสามารถพฒนาใหมขนาดเลกและราคาถกลงจงเรมเปนทนยมใชตามบาน เนองจากความถไมโครเวฟสามารถน าไปใชงานไดกวางขวาง แตในบทความตอไปนจะกลาวถงการน าไปใชกบวทยสอสาร

รปท 2.9 แสดงสเปกตมของคลนไมโครเวฟ

21

รปท 2.10 แสดงชวงความถและความยาวคลนของคลนแมเหลกไฟฟา

2.2.2 เตาอบไมโครเวฟ (Microwave oven) [7]

เตาอบไมโครเวฟ (microwave oven) เปนอปกรณเครองครวชนดหนง ใหความรอนแกอาหารโดยคลนไมโครเวฟ เรมแนวความคดในการใช คลนไมโครเวฟ ในการใหความรอนแกอาหารน คนพบโดย เพอรซ สเปนเซอร (Percy Spencer) ซงท างานทบรษทเรธออน (Raytheon) ในขณะก าลงสราง แมกนตรอนส าหรบใชในระบบเรดาห วนหนงในขณะทเขาก าลงท างานอยกบเรดาหทก าลงท างานอย เขาไดสงเกตเหนแทงชอกโกแลต ในกระเปาเสอของละลาย อาหารชนดแรกทอบโดยตอบไมโครเวฟ คอ ขาวโพดคว และ ชนดทสองคอ ไข ซงเกดระเบดขนในขณะท าการทดลองอบ

ในป ค.ศ. 1946 เรธออน ไดจดสทธบตรกระบวนการใชคลนไมโครเวฟในการอบอาหาร ตอมาในป ค.ศ. 1947 เรธออนไดผลตเตาอบไมโครเวฟเครองแรก เพอการพาณชย ชอ Radarange ซงมขนาดใหญ สงถง 6 ฟต (1.8 เมตร) และ หนก 750 ปอนด (340 กโลกรม) โดยใชน าเปนระบบระบายความรอน และ ใหก าลง 3000 วตต ซงสงกวาเตาอบไมโครเวฟทเราใชกนทกวนน ถง 3 เทา การประดษฐนประสบความส าเรจทางการตลาดมากจนในทสด เรธออนไดซอบรษท อมานา (Amana) เพอท าการผลต ผลตภณฑชดอปกรณเครองใชในครวเรอนอนๆ

มบรษทอนๆ อกมากเรมผลตเตาอบไมโครเวฟน ออกสตลาด ซงในชวงแรกนผผลตสวนใหญเปนบรษททท างานทางดานการทหาร เนองจากเปนบรษททมความช านาญทางดาน แมกนตรอน ในชวงป ค.ศ. 1970 เทคโนโลยทางดานนไดพฒนาไปมากจนกระทง ราคาของเตาอบ

22

ไมโครเวฟนตกลงอยางรวดเรว และ เตาอบไมโครเวฟ กไดกลายมาเปนอปกรณหลกหนงในครวเรอน

เตาอบไมโครเวฟ ประกอบดวย แมกนตรอน, สวนควบคมแมกนตรอน (โดยทวไปใช ไมโครคอนโทรลเลอร), ทอน าคลน หรอ เวฟไกด (waveguide), ชองส าหรบอบอาหาร,ลกกรงฟาราเดย และประตต เตาอบไมโครเวฟใหความรอนกบอาหารโดยการแผคลนยานความถไมโครเวฟ โดยปกตจะใชชวงความถ 2.45 จกะเฮรตซ(GHz) (หรอ ความยาวคลน 12.24 เซนตเมตร) ผานเขาไปในอาหาร. โมเลกลของน า ไขมน และ น าตาล ทอยในอาหารจะดดซบพลงงานของคลนทผานเขาไปและเกดเปนความรอนขน ในกระบวนการทเรยกวา การเกดความรอนในสารไดอเลกตรก (dielectric heating) เนองจากโมเลกลสวนใหญนนเปนโมเลกลทมขวไฟฟา คอ มประจบวก และ ประจลบทขวตรงกนขาม เมอคลนไมโครเวฟ ซงเปนสนามไฟฟาผานเขาไป โมเลกลเหลานกจะถกเหนยวน าและหมนขวเพอปรบเรยงตวตามสนามไฟฟาของคลน และคลนนเปนสนามไฟฟาทเปลยนแปลงสลบไปมาจงสงผลใหโมเลกลเหลานหมนกลบไปมา ท าใหเกดความรอนขน การใหความรอนดวยคลนไมโครเวฟนจะมประสทธภาพการเกดความรอนสงสด ในการใหความรอนแกน า และ ประสทธภาพต า เมอใหความรอนแก ไขมน น าตาล และ น าแขง การใหความรอนดวยคลนไมโครเวฟน มกจะมการใหค าอธบายทผดวาเกดจาก การสนพองของโมเลกลน า (การสนพองของโมเลกลน า ซงเกดไดทความถทสงมาก ในชวง หลายสบจกะเฮรตซ เทานน

ชองส าหรบอบอาหารนนจะถกลอมไวดวย ลกกรงฟาราเดย เพอกกไมใหคลนหลดลอดออกมาสภายนอก ประตตนนสวนใหญจะเปนกระจก ซงจะมชนทเปนลกกรงท าดวยสารตวน าไฟฟาส าหรบกนคลน เนองจากขายลกกรงนมขนาดความกวางของชองเลกกวา ความยาวคลน คอ 12 เซนตเมตร คลนไมโครเวฟจงไมสามารถลอดผานออกมาได ในขณะท แสงสวางผานลอดออกมาไดเนองจาก แสงมความยาวคลนทสนกวามาก

ในยคปจจบนท โครงขายคอมพวเตอรแบบไรสาย (wireless computer network) นนเรมไดรบความนยมกวางขวางขน ปญหาของการรบกวนจากคลนของเตาอบไมโครเวฟนนกเรมเปนปญหาทไดรบความสนใจมากขน เตาอบไมโครเวฟนนสามารถกวนการตดตอสอสารของโครงขายคอมพวเตอรแบบไรสายไดเนองจาก เตาอบไมโครเวฟนนผลตคลนไมโครเวฟในยานความถ 2450 เมกะเฮรตซ ซงเปนยานความถเดยวกบทใชในโครงขายคอมพวเตอรแบบไรสาย ดงนนเตาอบไมโครเวฟจงอาจรบกวนสญญาณของเครอขายคอมพวเตอรแบบไรสายได

23

2.2.3 Dielectric Heating [8] ความรอนไดอเลกทรก หรอ Dielectric heating นสวนใหญอาจใชค าอนทมความหมายเหมอนกน เชน electronic heating, RF heating หรอ high-frequency heating ซงเปนกระบวนการในคลนวทย หรอ คลนแมเหลกไฟฟาทมาจากการไดรบความรอนของวสดไดอเลกทรก ซงความรอนดงกลาวเปนสาเหตใหเกดการหมนแบบไดโพล การหมนของโมเลกลเกดขนในวสดทประกอบไปดวยโมเลกลทมขวและมการไหลผานของกระแสแบบมขว ซงเปนโมเลกลทอยในแนวเดยวกนกบสนามแมเหลกไฟฟา โดยแสดงไวดงรปท 2.11 ถามการเปลยนทศทางของสนามไปมา(คลนแมเหลกไฟฟา) จะท าใหโมเลกลเกดการหมนไปตามทศทางของสนามไฟฟาหรอหมนไปในแนวเดยวกนกบสนามไฟฟา ซงการหมนของโมเลกลแบบนเราเรยกวา เปนการหมนแบบไดโพล เมอมการสลบสนามไฟฟาเปนอยางอนจะท าใหโมเลกลของสารมทศทางไปตรงกนขาม การหมนของโมเลกลทเกดจากแรงดน แรงดงและไปปะทะกบโมเลกลตวอน(มการไหลผานของกระแสไฟฟา และแรงโนมถวง) ท าใหเกดการแพรของพลงงานไปยงโมเลกลและอะตอมทอยตดกนในวสด ดงรปท 2.12 อณหภมของอะตอมหรอโมเลกลในวสดไดมาจากพลงงานจลนเฉลย (พลงงานจากการเคลอนทของอะตอม หรอโมเลกล) ดงนนการทโมเลกลเกดการสนขนดงลกษณะดงกลาวนเกดจากการเพมขนของอณหภมในวสด ดงนนการหมนแบบไดโพลเปนแบบเชงกลโดยทพลงงานในการรวมตวกนของรงสแมเหลกไฟฟาจะถกเปลยนใหเปนพลงงานความรอนในตวสารแทน การหมนแบบไดโพลเปนแบบเชงกลทมความเกยวของกบ dielectric heating โดยสวนใหญแลวจะเหนในเตาอบไมโครเวฟ ซงกอใหเกดประสทธภาพอยางมากในน าทมสถานะเปนของเหลว และเกดนอยมากกบพวกไขมน น าตาลและน าแขง เนองจากพวกไขมน และน าตาลนนมความเปนขวนอยกวาโมเลกลของน ามาก จงท าใหไดรบผลจากแรงของสนามไฟฟาแมเหลกทนอยมาก ในทางกลบกนโมเลกลของน าแขงทตดอยกบแลตทซของผลกไมมการหมนอยางอสระ จงท าใหมนไมสามารถเรงความเรวเพอไปตอบสนองกบแรงจากแมเหลกไฟฟาทมากระท ากบโมเลกล นอกจากการประกอบอาหารซงมผลกระทบกบการใหความรอนกบของแขง ของเหลว หรอกาซได ซงทใหของเหลานนมความเปนขวทางไฟฟาเกดขน

24

รปท 2.11 การหมนแบบมขวของโมเลกลทเกดขนในวสด ซงประกอบไปดวยโมเลกลทมขวและมขวทางไฟฟา โดยทโมเลกลจะหมนไปในแนวเดยวกบสนามมาเหลกไฟฟา

ส าหรบความหนาแนนของกระแสไฟฟาทสรางมาจาก dielectric heating ตอปรมาตรสามารถค านวณไดดงน (2.9)

โดยท คอ ความถเชงมม คอ the imaginary part of the complex relative permittivity,

คอ permittivityของชองวางอสระ Eel คอ สนามไฟฟา

คา ทไดเปนการวดเพอหาความเปนไปไดของวสดไดอเลกทรกในการเปลยนพลงงานจากคลนความถวทยทเกดจากสนามแมเหลกไฟฟาไปเปนความรอน

25

รปท 2.12 การหมนของโมเลกลทมพลงงานในการจบตวกนของไมโครเวฟ-รงสแมเหลกไฟฟา [20]

การสอสารของคลนความถไมโครเวฟเจาะเขาไปในสารกงของแขงโดยระยะทเขาไปเปนสดสวนกบความหนาแนนของพลงงาน ซงการเจาะของคลนความถไมโครเวฟสามารถเจาะผานเนอเยอของเราได ดวยเหตนจงเปนสงอนตรายส าหรบการอยใกลกบเสาอากาศทมการกระจายคลนไมโครเวฟอย ระยะทควรอยหางจากจดนคอมากกวา10ไมล 2.2.4 พลาสมา [9,21] คลนแมเหลกไฟฟาโดยทวไปแลวจะสรางแรงกระท าตออะตอมหรอโมเลกลทมความเสรยรและผลกของแขง ในสวนใหญมการศกษาเกยวกบผลของแรงแมเหลกไฟฟาทมาจากตวสสารในทางเคมและมาจากสถานะของแขงในทางฟสกส ซงผลทงสองนถกพฒนาใหมความเขาใจในพนฐานของโครงสรางแบบคงท ระบบของโครงสรางมความสมพนธกบพลงงานมากกวาพลงงานความรอนทอยรอบๆ ในพนททมความรอนจากสงแวดลอมมากเพยงพอจะสงผลใหระบบโครงสรางเหลานมการแยกตวออกเปนสวนๆ เชน ผลกหลอม โมเลกลทมการแยตวออกจากกน เปนตน อะตอมทมการแตกตวออกแลวมประจเปนลบจะเปนอเลกตรอน สวนอะตอมทแตกตวและมประจเปนบวกจะเปนไอออน ประจของอนภาคเหลานจะมความแขงแรงมากเปนผลมาจากซงกนและกน แตอยางไรกตาม ประจเหลานจะไมท าหนาท แตเมอมการรวมกลมกนของประจๆจะม

26

ความสามารถในการเคลอนไหวของกลมพลงงานทมความแขงแรงและซบซอน ซงการรวมกลมกนนเราเรยกวา พลาสมา วสดทงหมดสามารถเปลยนเฟสใหอยในรของกาซไดโดยการเพมพลงงานเขาไปอยางเหมาะสม ในสถานะแกส โมเลกลหรออะตอมมการเคลอนทไดอยางอสระภายในหลอดแกว ซงการชนกนของโมเลกลหรออะตอมทไดเปนหลกคอการชนกนทบรเวณผนงของหลอดแกว ถาแกส สามารถแพรออกจากหลอดแกวออกมายงอากาศภายนอกได ในทสดแลวมนจะกระจายไปในทวบรรยากาศ ถาเปนพลงงานทเพมสงขนอก โมเลกลกจะท าการแยกสวนประกอบของตวเองออก ส าหรบอะตอม ซงมโครงสรางภายในและจะเรมท าการแยกสวนออกเปนสวนๆเชนเดยวกบโมเลกล ถาอะตอมมการสญเสยอเลกตรอนออกไปหนงตวหรอมากกวาจะทะใหประจของอะตอมมคาเปนบวก ซงเราเรยกวาไอออน ถาหากพลงงานทใหเขาไปในระบบมความเหมาะสมอะตอมจะมการแตกตวกลายเปนอเลกตรอนและไอออน โดยการเพมพลงงานทมากพอกบวสดใดๆจะท าใหแกสของอเลกตรอนและไอออนถกสรางขน ซงแกสสดทายของอเลกตรอนและไอออนนจะถกเรยกวา พลาสมา ดงรปท 2.13 และ2.14

รปท 2.13 แสดงสถานะทสของสสาร ซงพลาสมาเปนสถานะทส [9]

ตงแตมการสลายตวทางความรอนระหวางการแบงอะตอมกอนการกลายเปนไอ พลาสมาทมอยบนโลกสวนใหญกเกดขนมาจากแกส ในความเปนจรงแลวบางครงพลาสมาหมายถงแกสทกลายเปนไออยางสมบรณทมการแสดงพฤตกรรมเหมอนพลาสมา พลาสมานนมกจะมพฤตกรรมทตามมาหลงจากชนสวนเลกๆทนาทงของแกสทมการแตกตวกลายเปนไอ ดงนนชนสวนของแกสทมการแตกตวกลายเปนไอสวนใหญจะแสดงใหเหนจากปรากฏการณทมลกษณะเฉพาะของแกสท

27

เตมไปดวยการแตกตวกลายเปนไอจากตางประเทศ ผลของพลาสมาทเกดการแตกตวกลายเปนไอของแกสทมความเปนกลางทางไฟฟาโดยทวไปแลวจะประกอบไปดวยจ านวนของอนภาคทมประจเปนบวกและลบเทาๆกน ในสถานการณแบบน ทางตรงกนขามประจในของเหลวอยกนเปนคอยางแขงแรงซงสงผลใหมความเปนกลางทางไฟฟา สวนพลาสมาทมลกษณะเหมอนเปนกลางทางไฟฟา ทวาเหมอนนนเนองมาจากมความคาดเคลอนนอยจากความเปนกลางทมการวดผลทางไดนามกสทประกอบไปดวยชนดของโหมดพลาสมา พลาสมาทไมมความเปนกลางอาจประกอบไปดวยประจของสญลกษณเพยงหนงเดยวทเกดขนโดยพนฐานจากประสบการณในหองทดลอง ซงความสมดลของพลาสมาขนอยกบการมของสนามแมเหลกอยางเขมขน และเกยวกบการหมนของประจในของเหลว

รปท 2.14 แสดงตวอยางของสถานะทงสสถานะของสสาร ไดแก ของแขง ของเหลว แกสและ

พลาสมา [22]

28

สรปแลวพลาสมาประกอบไปดวยอนภาคทมประจจ านวนมากโดยมการควบคมดวยแรงแมเหลกไฟฟา พลาสมาคอแกสทดเหมอนจะมความเปนกลางทางไฟฟาของอนภาคทเปนประจ ซงมพฤตกรรมในการจบตวกนเปนกลม ในทางฟสกสมการก าหนดใหพลาสมาเปนสถานะทสของสสาร สวนใหญของจกรวาลถกสรางขนจากพลาสมา ดงรปท 2.15 พลาสมาขนาดกลางอธบายในระดบมหาภาค(ในขนาดใหญ) โดยอณหภมและความหนาแนนของมน การเปลยนแปลงในพลาสมามการค านวณโดยในสมการอนรกษ เชน การอนรกษพลงงาน โมเมนตมและมวล สวนพลาสมาในระดบจลภาคถกอธบายในทางคณตศาสตรโดยใชความนาจะเปนมาค านวณหาต าแหนงและความเรวของอนภาคทงหมด เนองจากการชนกนของอนภาคเหลานท าใหอนภาคของพลาสมาเกดการแตกตวเปนประจและมการคายรงสออกมา (คลนแมเหลกไฟฟา) ยงไปกวานนมมคลนทแตกตางกนจ านวนมากทถกจดวาเปนพลาสมาขนาดกลาง ความเสถยรและความมนคงของคลนเหลานมบทบาทส าคญในระบบพลาสมา

รปท 2.15 อณหภมและความหนาแนนของสถานะทสของสสาร [22]

29

พลาสมาขนาดกลางสามารถทนตออณหภมสงไดมากกวาสภาพแวดลอมอนๆ และไมมสออนๆสามารถกระตนอะตอมและโมเลกลในการแผรงสไดอยางมประสทธภาพหรอบรรลสภาวะทมการเปรยบเทยบแบบไมสมดล พลาสมาจะมผลตอสารเคมและมการปรบปรงบางสวนและอตสาหกรรมวสด ในปจจบน การประยกตใชพลาสมาทส าคญทสด คอ ผลตภณฑของวงจรไฟฟาในระดบจลภาค โดยใชในอปกรณทางอเลกทรอนกส เชน คอมพวเตอรสวนบคคล เปนตนกระบวนการผลตวสดพลาสมาสงผลกระทบตอหลายอตสาหกรรมการผลตทใหญทสดรวมถงอตสาหกรรมรถยนต ยาชวภาพ คอมพวเตอร อนตรายจากน า อวกาศและการสอสารคมนาคมตางๆ ดงรปท 2.16

รปท 2.16 กระบวนการผลตของพลาสมาในภาคอตสาหกรรม [9]

รปท 2.17 เปนการแสดงแผนภาพระหวางอณหภมและความดนของเทคนคการผลตวสดตางๆ ซงกระบวนการผลตพลาสมาของวสดกาวหนาสามารถเปนอนตรายกบสงแวดลอม ส าหรบกระบวนการผลตวสดนาโน เทคนคพลาสมามการใชประโยชนทอณหภมสง ถงแมวาตวระบบจะมการท างานทชวงความดนต ามาก[23]

30

รปท 2.17 แสดงแผนภาพระหวางความดนกบอณหภมของเทคนคการผลตวสด [23]

2.2.5 ไมโครเวฟพลาสมา (Microwave plasma) คลนไมโครเวฟเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความถทมากกวาความถคลนวทย แหลงก าเนดคลนไมโครเวฟทมก าลงสงเปนผลมาจากการพฒนาเรดารในระหวางชวงสงครามโลกครงท 2 ซงการวจยในครงนท าใหเกดแหลงก าเนดของคลนไมโครเวฟทแตกตางกนออกไป ในการใชไมโครเวฟมาเปนแหลงก าเนดพลาสมากเปนอกหนงวธทมท าใหไดอณหภมทสงมากกวาจากระบบทมการจายกระแสไฟฟาแบบตรง หรอการจายคลนความถของวทย อณหภมทเกดขนจากการปลอยคลนไมโครเวฟจะใชถง 100,000 องศาเซลเซยส การใชคลนไมโครเวฟมาเปนแหลงก าเนดพลาสมาสามารถไดมาชวงความกวางของความดนแกส ซงมชวงตงแตความดนต ามากๆไปจนถงความดนดนบรรยากาศ การใชอณหภมทสงมากจากการใชคลนไมโครเวฟมาเปนตวสรางพลาสมา และปรมาณของแกสทมการแตกตวเปนประจทนอยกวามากเมอท าการเปรยบเทยบกบวธอนๆ [9] Houmes และคณะ ในปค.ศ.1996 ไดท าการเตรยมเตรยมจ านวนของไนไตรด เชน TiN, AlN และ GaN โดยการใชพลาสมาเพอแสดงใหเหนความเปนออกไซดของ N2/H2 [24] Douthwaite และคณะ ในปค.ศ. 1996 รายงานการสงเคราะหโลหะอลคาไลนฟลออไรดโดยใชไมโครเวฟพลาสมาในการใชแกสอารกอนในการเรงปฏกรยา เวลาในการเกดปฏกรยาลดลง

31

เหลอเพยงไมกวนาท ในขณะทการเตรยมในวธทวไปจะใชเวลานานมาก ไมโครเวฟพลาสมาถกสรางขนในบรรยากาศของแกสอารกอน โดยใชความดนอยท 10-5 มลลบาร ในหลอดแกวควอตซ โลหะอลคาไลนถกเกบไวโดยแยกตามคณสมบตทางกายภาพ และหลอดทอย ณ ต าแหนงแอมพจดของคลนไมโครเวฟจะมคลนไมโครเวฟสงทสด โลหะอลคาไลนรอนและเปนไอระเหยไดอยางรวดเรว สวน C60 จะท าปฏกรยากบโพแทสเซยม (ควบแนน) ในบรรยากาศของแกสอารกอนในพลาสมา ซงในสภาวะนโพแทสเซยมจะสามารถท าหนาทในการแทรกตวไดด[25] Houmes และคณะ ในปค.ศ.1997 รายงานการสงเคราะหโดยใชไมโครเวฟเปนตวชวยของไนไตรดทมเฟส 2 องคประกอบ (TiN, AlN และ VN) และไนไตรดทมเฟส 3 องคประกอบ (Li3FeN2, Li3TiN2, Li3AlN2) ซงมการท าปฏกรยาโดยตรงระหวางผงโลหะและผงไนโตรเจนเปนครงแรกโดยการใชแกส N2 เพอท าใหเกดเปนพลาสมา ส าหรบแหลงก าเนดไมโครเวฟพลงงานต าดงแสดงในรปท 2.19 สารประกอบไนไตรดแบบ 3 องคประกอบ ถกผลตโดยปฏกรยาแบบตรงของทง สวนประกอบไนไตรดหรอสวนผสมของ Li3N และผงโลหะทเกดปฏกรยาในไนโตรเจนพลาสมา มนเปนขอสงเกตวาพลาสมาทย งยนไมนาจะสามารถท าในเตาอบไมโครเวฟได ปฏกรยาไมโครเวฟโดยใชแกสN2 เพอสรางพลาสมายงใชในการแสดงใหเหนถงการกอตวของ Si3N4 และ BN [26]

รปท 2.18 แผนภาพของระบบไมโครเวฟคอปเปอรทใชสงเคราะหวสดไนไตรดทม

2องคประกอบ โดยปฏกรยาของไนโตรเจนพลาสมา [26]

32

Rao และคณะ ในปค.ศ. 1999 ไดท าการระบชวงอณหภมทคลนไมโครเวฟจางผานจ านวนของวสดและสารประกอบอนนทรส าหรบชวงเวลาทแตกตางกนและสรปไวดงตารางท2.1 สารประกอบกลม chalcogenides หลายประเภท เชน cinnabar(HGS) molybdenite(MoS2) orpiment(Ag2S3), sphalerite(ZnS) เปนตน มการท าปฏกรยากบคลนไมโครเวฟ แตไมท าใหรอนไดอยางรวดเรวโดยมการระบไวในตาราง[17] ตารางท 2.1 Microwave active elements, natural minerals, and compounds [17].

33

Wu และคณะ ในปค.ศ. 2000 ไดน าเสนอผลจากการผลตพลาสมาทมขนาด 160 มลลเมตรและมความเปนเนอเดยวกน ทความดนบรรยากาศ 10-600 Pa และน าไมโครเวฟพลาสมาทมความเปนเนอเดยวกนจากการผลตขนมา เพอใชท าการปรบเปลยนพนผวหนาของวสด และนอกจากนนการแพรของพลาสมาทเกดขน พบวามการกระจายไปไดในทกทศทางโดยพลาสมาทเกดขนจะเกดจากการลดวงจรในบรเวณผวหนาของวสด และผลจากการทดลองพบวาการลดวงจรนนสงผลใหการเกดประสทธภาพในการสรางความหนาแนนของพลาสมาเพมมากขนซงเปนผลดกบการเกดพลาสมา[27] Hong และคณะ ในปค.ศ. 2005 ไดท าการสงเคราะหไนโตรเจนทถกเจอโดยไทเทเนยมไดออกไซด(TiO2)ขนาดอนภาคนาโน ดวยวธการไมโครเวฟพลาสมาในบรรยากาศปกต โดยมการใชแกสในเฟสของไทเทเนยมเตตระคลอไรด(TiCl4) [28] Hong และ Uhm ในปค.ศ. 2006 ไดท าการสงเคราะหผงนาโนแมกนเซยมออกไซดในเปลวไฟของออกซเจนไมโครเวฟพลาสมาโดยมการใชอนภาคของแมกนเซยมเปนวสดตงตน โดยทพลาสมาเปนตวท าใหอนภาคของแมกนเซยมเกดเปนเปลวไฟขนและกลายเปนไออยางรวดเรว ซงไอของแมกนเซยมดงกลาวเกดการออกซไดซจนเปนการสรางผงแมกนเซยมออกไซดขนมา ดงรปท2.19 [29] Shin และคณะ ในปค.ศ. 2007 ไดน าเสนอเกยวกบคลนแบบตอเนอง (continuous wave : CW) จากการปลดปลอยของไมโครเวฟทมความดนบรรยากาศในแกสอารกอน ซงถกน าไปประยกตใชกบการปรบปรงเปลยนแปลงพนผวโลหะ ส าหรบการพฒนาของการยดเกาะของสารเคลอบผว ดงแสดงในรปท 2.20 สงสกปรกบนผวหนาของโลหะถกก าจดออกไปโดยการใชคลนไมโครเวฟทถกปลอยออกมาจากทอน าคลน ซงอนภาคทมการแตกตวในพลาสมาจะวงเขาชนซบสเตรสดวยพลงงานจลนเพอเปนการท าความสะอาดและเปนการกดผวหนาของชนงานในสวนทมความขรขระและปนเปอนไปดวยสารอนทรยอนๆ ดงแสดงในรปท 2.21 [30]

34

รปท2.19 แผนผงของระบบการสงเคราะหอนภาคนาโนแมกนเชยมออกไซด ดวยวธไมโครเวฟ

พลาสมาทบรรยากาศปกต : สงทใสเขาไปจะแสดงใหเหนวาพลาสมามการปลอยพลงงานเปนแสงสเขยวหลงจากทมการสงเคราะหเสรจสน [29]

35

รปท 2.20 แผนภาพของ (a) อปกรณส าหรบการดดแปลงดวยพลาสมาโดยใชไมโครเวฟพลาสมา

และ (b) การกอสรางหวฉดพลาสมา [30]

36

รปท 2.21 ภาพของไมโครเวฟพลาสมาในการด าเนนงานในการท าความสะอาดตวอยางอะลมเนยม

[30]

รปท 2.22 แผนภาพของเครองมอไมโครเวฟพลาสมา [46]

Zhen และคณะ ในปค.ศ. 2007 ไดท าการสงเคราะหสารทมความหนาแนนสง เปนผลกนาโน และสารทใชเปนอเลกโทรไลตแบบของแขง (Bi2O3-HfO2-Y2O3) โดยวธไมโครเวฟพลาสมาและการเผาซนเทอรทความดนนอยๆ ดงแสดงในรปท 2.22 หลงจากชนงานถกเผาซนเทอรใน

37

ไมโครเวฟพลาสมาทอณหภม 700 องศาเซลเซยส เปนเวลา 30 นาท จะท าใหชนงานมความหนาแนนเพมขน 96% และยงไปกวานนชนงานทถกเผาซนเทอรจะแสดงโครงสรางจลภาคทดและมการแนนตวทดดวย เมอเปรยบเทยบกบกลมตวอยางทมการเผาซนเทอรดวยวธทวไป [31] Lekse และคณะ ในปค.ศ. 2007 ไดน าเสนอการสงเคราะหแบบสถานะของแขงโดยใชไมโครเวฟส าหรบการเตรยมสารประกอบอนเทอรเมทลลก เชน Bi2Pd และ Ag3In เปนตน วธการนกอใหเกดความสมพนธทคอนขางใหมของหลายๆเทคนค เชน ฟลกซโลหะ ฟลกซโลหะยเทกตกผสม และวธการแกปญหาซงใหความสะดวกสบายตอการสงเคราะหสารประกอบอนเทอรเมทลลก เวลาในการท าปฏกรยาส าหรบการสงเคราะหแบบสถานะของแขงโดยใชไมโครเวฟจะลดลงอยางมาก เมอเทยบกบวธการสงเคราะหอน ๆ และเปนความนาเชอถอวาวธการนมศกยภาพทแทจรง เพราะสารประกอบอนเทอรเมทลลกหลายๆตวเหลานเปนทสนใจของเทคโนโลย เนองจากวธการสงเคราะหแบบนมความรวดเรวและเปนมตรกบสงแวดลอมซงเปนประโยชนอยางมากส าหรบการน าไปพฒนาตอไป [32] Cho และคณะ ในปค.ศ. 2008 ไดน าเสนอระบบของไมโครเวฟพลาสมาฉายแสงในแชมเบอรทมความดนต า มสนามไฟฟาเปนตวเหนยวน าท าใหเกดการแตกตวในหลอดแกวควอตซดวยคลนไมโครเวฟ ซงพลาสมาทเกดขนในชวงความดนต ามากๆจะแสดงใหเหนถงความไมสมดลทมความหนาแนนสงในบรเวณทใกลกบคลนไมโครเวฟ โดยทความหนาแนนของพลาสมาเพมขนตามการเพมขนของพลงงานไมโครเวฟ โดยทวไปความหนาแนนพลาสมาของอารกอนทสามารถท างานดวย 500 วตตภายใตความดน 150 Torr มความหนาแนนเทากบ 1014/cm3 อณหภมของอเลกตรอนในพลาสมาของอารกอนมการประเมนไวท 1.5 eV ซงเปนผลดกบการกระตนโมเลกลทอยในสถานะแกส การสลายตวของไนโตรเจนฟลออไรด (NF3) ไดแสดงใหเหนวาระบบไมโครเวฟพลาสมาทเกดในความดนต าๆนน สามารถสรางอนมลสารเคมจ านวนมากไดอยางมประสทธภาพ[33] Douthwaite และคณะ ในปค.ศ. 2008 รายงานผลการสงเคราะหสารกลมโลหะอลคลไลนฟลออไรดไดอยางรวดเรวโดยการใชวธไมโครเวฟพลาสมาของอารกอน ซงเวลามใชในการสงเคราะหสารดวยวธไมโครเวฟพลาสมาของอารกอนนนใชเวลาในหนวยนาท สวนการสงเคราะหสารดวยเทคนคอนทวๆไปจะใชเวลาเปนวนหรอมากกวาหนงวน [34]

38

2.3 สารประกอบซงกแอนตโมนายด (Zinc Antimonide : Zn4Sb3)

2.3.1 ความรทวไปของสารประกอบซงกแอนตโมนายด [35] เปนสารประกอบเคมอนนทรย มลกษณะคลายกบ อนเดยมแอนตโมนายด อลมเนยมแอนตโมนายด และแกลเลยมแอนตโมนายด ซงเปนสารประกอบกงตวน าแบบอนเทอรเมทลลกทถกใชในทรานซสเตอร เครองตรวจจบอนฟราเรด และอมเมจความรอนเชนเดยวกบอปกรณแมกนโทรซสทบ ในรายงานครงแรกของการใชโลหะผสมซงกและแอนตโมน คอในการท างานเดมของซเบคในทางเทอรโมอเลกตรกซต เมอในปค.ศ.1860 มนกประดษฐชาวอเมรกนซงมชอวา Moses G. Farmer ไดท าการพฒนาเครองก าเนดพลงงานแบบเทอรโมอเลกตรกทสงจากการใชโลหะผสมซงกและแอนตโมน โดยทมองคประกอบทใกลเคยงกบปรมาณสารสมพนธของ ZnSb และเขาแสดงใหเหนถงการก าเนดครงนในปค.ศ.1867 ในนทรรศการทกรงปารสซงเปนสถานททท าการศกษาอยางรอบคอบและคดลอก (มการปรบเปลยนเลกนอย) โดยจ านวนของคนรวมทง Clamond ในทสดFarmerไดรบสทธบตรบนเครองก าเนดไฟฟาของเขาในปค.ศ.1870 George H. Cove ไดท าการจดสทธบตรเครองก าเนดไฟฟาแบบเทอรโมอเลกตรก โดยใชโลหะผสมของซงกกบแอนตโมนในชวงตนทศวรรษ1900 สทธบตรของเขาอางวาความตางศกยและกระแสทบรเวณขอตอตวทหก เปน 3V ท 3A นคอผลผลตทสงเกนกวาจะคาดหวงจากเทอรโมอเลกตรกแบบคและอาจจะเปนครงแรกของการสาธตผล thermophotovoltaic คาชองวางพลงงานส าหรบ ZnSb มคาเปน 0.56eV ซงอยภายใตเงอนไขทเหมาะสมไดผลใกลเคยงกบ 0.5V ตอไดโอด Maria Telkes นกวจยคนตอมาไดท าการศกษาเกยวกบวสด ในขณะทเธออยท Westinghouse ใน Pittsburgh ในชวงทศวรรษท 1930 และไดสนใจทจะศกษาเกยวคาชองวางพลงงานของวสดซงกแอนตโมนายด(Zn4Sb3) ในป 1990 [35]

2.3.2 โครงสรางของสารประกอบซงกแอนตโมนายด สารประกอบซงกแอนตโมนายดเปนสารกงตวน าชนดพ ซงมลกษณะทปรากฏอย 2 ลกษณะ คอ -Zn4Sb3 และ -Zn4Sb3 ซงเปนลกษณะทโครงสรางทสามารถอยทอณหภมสงได โครงสรางของ -Zn4Sb3 เปนแบบ rhombohedral ม spece group R3C สวนโครงสรางของ -Zn4Sb3 มโครงสรางเปนแบบ triclinic อยในลกษณะ C-centred หรอ เปนแบบ metrically monoclinic cell ( ม space group C1 ) [36,37]

39

ตารางท 2.2 แสดงคณสมบตของสารประกอบซงกแอนตโมนายด [35,38]

คณสมบต

สตรทางเคม Zn4Sb3 น าหนกโมเลกล 641.24 g/mol สทปรากฏ Gray crystal

ความหนาแนน 6.46 g/cm3

จดหลอมเหลว 570 oC คาคงทของแลตทซ a = 12.2330 Å

b = 12.2330 Å c = 12.4280 Å

40

รปท 2.23 แสดงลกษณะโครงสรางของสารประกอบซงกแอนตโมนายด [39]

2.3.3 การสงเคราะหซงกแอนตโมนายด Tatsuhiko และคณะ ในปค.ศ. 1999ไดท าการวจยเกยวกบการพฒนาระบบการขนรปเชงกลของชนงานทมลกษณะเปนบลก โดยประยกตใชกบการขนรปสารประกอบซงก-แอนตโมน ส าหรบการเตรยมซงกแอนตโมนายดทเปนวสดเทอรโมอเลกตรก เมอผานการอบออนและท าการ hot-pressing แลว จะท าใหไดชนงานทมลกษณะเปนบลก และมโครงสรางทางจลภาคเปนเฟสเดยว ทมความหนาแนนสง เนองจากชนงานทไดนนถกเตรยมโดยไมมรอยราวภายในโครงสราง ซงกระบวนในการขนรปเชนนจะไมสามารถทราบปรมาณสารสมพนธของซงกแอนตโมนายดท

41

เตรยมได แตเปนวธทท าใหไดชนงานทมความหนาแนนสง ซงเปนทตองการในวสดเทอรโมอเลกตรก [40] T. J. Zhu และคณะ ไดท าการเตรยมชนงานซงคแอนตโมนายด-เบตา (-Zn4Sb3) ดวยวธการหลอมในระบบสญญากาศ (vacuum melting) ในป ค.ศ.2000 เพอท าการศกษาสมบตทางเทอรโมอเลกตรกในดานการแพรของชนงาน โดยท าการวดคาระหวางอณหภมหองจนถงอณหภมท 723 เคลวน ซงท าใหพบวาทชวงอณหภมน สามารรถไดคา thermoelectric power factor สง ทอณหภมในชวงระหวาง 500 ถง 650 เคลวนสวนผลจากการวดคาสมประสทธซเบค ท าใหทราบวาซงคแอนตโมนายด (Zinc antimonide : Zn4Sb3) และจากการวเคราะหหาองคประกอบดวยวธ X-ray Diffaction พบวาสารทเตรยมไดเปนสารทมเฟสเดยว (Single phase) [41] Takashi และคณะ ไดท าการสงเคราะหซงกแอนตโมนายดโดยเตรยมจากวธ gradient freeze (GF) และท าการเผาผนก ในปค.ศ.2002 ซงผลของการลดอณหภมลงสงผลตอการขยายตวทางความรอนและการเปลยนแปลงเฟสในโครงสราง จากเฟสเบตาเปนเฟสแอลฟา อณหภมทใชในการเผาผนกคอ 236.5 K สวนอณหภมในการ gradient freeze (GF) คอ 257.4 K คาการน าไฟฟาจะมคาสงและมสมบตของสารเปนแบบ p-type ตามอณหภมดงกลาว ขณะทการลดลงของอณหภมสงผลใหสารมความไวตอการตอบสนองทางแมเหลก และชนงานทสงเคราะหดวยวธ gradient freeze (GF) มประสทธภาพทางเทอรโมอเลกตรกทสงกวาชนงานทสงเคราะหดวยการเผาผนก ซงกแอนตโมนายดทมเฟสแอลฟา เปนหนงในวสดเทอรโมอเลกตรกตวแรกๆทมการใชประโยชนในดาน cryogenic use [42] L.T.Zhang และคณะ ในปค.ศ.2003 ไดท าการศกษาโครงสรางทางจลภาคและสมบตทางเทอรโมอเลกตรกของซงกแอนตโมนายดในลกษณะฟลมบาง ซงเตรยมโดยการท า co-deposition ของซงกและแอนตโมน ดวยวธการ magnetron sputtering ฟลมบางทท าการ as-deposition ของสารพวกทมลกษณะคลายแกว จะถกน าไปอบทอณหภม 573-673 K ซงวธการนท าใหไดผลกของซงกแอนตโมนายดทมเฟสเบตา ฟลมบางของซงกแอนตโมนายดทเตรยมไดจะมคา power factor ทสงและมคาการน าความรอนทต า สวนโครงสรางทางจลภาคของฟลมบางนจะถกควบคมโดยการเปลยนคาพลงงานทใชในการ sputtering และเวลาในการตกสะสมของฟลม สวนคาการตานทานไฟฟาของฟลมทไดจะลดลงตามความหนาของฟลมและอนภาคของซงกในเมทรกของการโตแบบหยาบๆ คาการตานทานไฟฟาทต า และคาสมประสทธซเบคทสงขนสามารถวดไดจากฟลมทมการควบคมความหนาในระดบจลภาค ฟลมทมความหนาประมาณ 300 นาโนเมตรจะสงผลใหคาการน าความรอนลดลง 50 เปอรเซนต แลคาZTของฟลมทเตรยมไดมคา 1.2 ทอณหภม 460 เคลวน[43]

42

Soon-Chul Ur และคณะ ไดท าการสงเคราะหซงกแอนตโมนายดทมประสทธภาพสงดวยวธการ hot press โดยตรง ในปค.ศ.2004 ซงซงกแอนตโมนายดทเตรยมไดมความหนาแนนสงมาก โดยสวนประกอบทเตรยมจากซงกและแอนตโมนเปน 57.64 เปอรเซนต และ 42.36 เปอรเซนต ตามล าดบ ใหผลทางเทอรโมอเลกตรกทดทสด และสมบตทางเทอรโมอเลกตรกไดท าการวดทอณภมหองจนถง 600 เคลวน พบวาคา ZT ทไดมคาเปน 1.2 ทอณหภม 600 เคลวน[44]

Soon-Chul Ur และคณะ ไดท าการประยกตโดยน าซงคแอนตโมนายด (Zinc antimonide : Zn4Sb3) ทท าการขนรปดวยเทคนค Sinter-forging ในปค.ศ.2004ซงเปนทบขนรปวธหนง โดยท าใหไดชนงานมลกษณะเปนกอน (bulk) และการเตรยมชนงานจะเตรยมจากผงของสารสองชนดคอ ซงคและแอนตโมน ในอตราสวนตามเลขปรมาณสารสมพนธของซงคแอนตโมนายด คอ ซงค:แอนตโมน เปน 4:3 แตดวยการขนรปในวธนท าใหเนอชนงานมเฟสของซงคแอนตโมน (ZnSb) ปนอย จงท าใหคาทวดไดดจะอยในบรเวณทเปนเฟสของซงคแอนตโมนายด (Zn4Sb3) และคาทางเทอรโมอเลกตรกจะมคาลดลงเมอวดในบรเวณทอยใกลเฟสของซงคแอนตโมน (ZnSb) [45]

Do Thi Kim Anh และคณะ ในปค.ศ.2006 ไดท าการศกษาสมบตเทอรโมอเลกตรกของซงกแอนตโมนายด จากผลของ hydrostatic pressure ซงเตรยมโดยวธการ gradient freeze พบวาการน าไฟฟาของซงกแอนตโมนายดในเบตาเฟสและแอลฟาเฟสจะเพมขนตามความดน แตในทางกลบกนคา thermopower จะมคาลดลงตามความดน[46]

Soon-Chul Ur และคณะ ในปค.ศ.2007 ไดท าการเตรยมซงกแอนตโมนายดดวยกระบวนการsintering แบบ cold press และ hot press ซงชนงานทไดจะมลกษณะเปนบลก และเปนเฟสเดยว และเมอท าการวดสมบตทางเทอรโมอเลกตรกพบวาจากวธการนท าใหไดคา ZT เทากบ 0.8 ทอณหภม 600 เคลวน [47] M. Chitroub และคณะ ในป ค.ศ.2008 ไดท าการศกษาเกยวคณสมบตทางเทอรโมอเลกตรกของสารประกอบซงคแอนตโมนายด (Zinc antimonide : Zn4Sb3) โดยท าการขนรปชนงานดวยวธ hot-pressed และเตรยมชนงานในอตราสวนตามเลขปรมาณสารสมพนธ (stoichiometric) ของซงคตอแอนตโมน คอ 4:3 จากนนน าชนงานไปตรวจสอบลกษณะเฉพาะดวยเทคนคการเลยวเบนของรงสเอกซ (X-ray Diffaction) และน าไปวเคราะหดวยกลอง microprobe สวนผลจากการวดคาคณสมบตทางเทอรโมอเลกตรก พบวาคาการน าไฟฟาและการน าความรอนไดผลดเทากบคาสมประสทธซเบค และชนงานทกชนมคณสมบตเปนสารกงตวน าชนดพ (p-type) และใหคา the Figure of Merit (ZT) สงสดท 1.3 ซงวดในชวงของอณหภม 450-650 เคลวน[6] B. L. Pedersen และ B. B. Iversen ในปค.ศ.2008 ไดท าการสงเคราะหซงกแอนตโมนายดดวยวธการทเรยกวา zone-melting ซงผลจากการสงเคราะหซงกแอนตโมนายดแลว พบวาวธการน

43

ท าใหเกดความเสถยรภาพทางความรอนทดกวาการสงเคราะหดวยวธอนๆ หรอการเผาดวยเตาเผาธรรมดา[48] Takeshi Ueda และคณะ ในปค.ศ.2008 ไดท าการเตรยมซงกแอนตโมนายดดวยวธการ Two-state heat treatment ท าใหไดซงกแอนตโมนายดทมเฟสเดยว เปนเบตาเฟส จากการวดสมบตทางเทอรโมอเลกตรกพบวาคาสมประสทธของซเบคจะไมเปลยนแปลงไปมากเทาไหรจากการเตมสารเจอปน เนองจากซงกแอนตโมนายดแบบเบตาเฟสจะมขดจ ากดของการละลายส าหรบธาตทใชในการเจอเพอเปนการควบคมความหนาแนนของประจในตวสารประกอบ [49]