Tính chất điện của hệ vật liệu LaFe1-xCoxTiO3

Perovskite LaFe1-xCoxTiO3 được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn. Bằng cách nâng nhiệt độ nung mẫu lên đến 1290 độ C, chúng tôi đã thu được hệ mẫu đơn pha có thể tích ô cơ sở tăng nhẹ theo nồng độ pha tạp Ti và Co. Các mẫu thể hiện tính bán dẫn và mẫu La(Fe0.3Co0.2Ti0.5)O3 có độ dẫn cao nhất.

TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU LaFe1-xCoxTiO3 TRẦN DUY THANH - LÊ VĨNH THỊNH CAO THỊ THÙY LINH - HỒNG HƯƠNG QUỲNH Khoa Vật lý Tóm tắt: Perovskite LaFe1-xCoxTiO3 chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn Bằng cách nâng nhiệt độ nung mẫu lên đến 12900C, chúng tơi thu hệ mẫu đơn pha tích sở tăng nhẹ theo nồng độ pha tạp Ti Co Các mẫu thể tính bán dẫn mẫu La(Fe0.3Co0.2Ti0.5)O3 có độ dẫn cao Từ khóa: Tính chất điện, độ dẫn MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu trước [1], pha Ti vào hợp chất LaFeO3, tạo hợp chất có hệ số Seebeck S dương có giá trị cao (khoảng mV/K) độ dẫn (σ) có giá trị nhỏ Vấn đề đặt phải tăng độ dẫn σ Trong đề tài này, pha tạp thêm Co, kết thu độ dẫn σ tăng mẫu La(Fe0.4Co0.2Ti0,5)O3 có giá trị độ dẫn σ cao Độ dẫn tăng theo nồng độ pha tạp Co THỰC NGHIỆM C- êng ®é (®.v.t.y) Mẫu LaFe1-xCoxTiO3 chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn, oxit La2O3(99.5%), Fe2O3(99%), Co2O3(99%), 121 TiO2(99%), phối liệu theo công thức 240 242 220 202 101 danh định, hỗn hợp nghiền trộn (5) lần 12 với nước cất, hỗn hợp (4) (3) ép thành viên hình trụ (2) (   10mm, h  10mm ) tiến hành nung (1) sơ nhiệt độ 9000C khơng khí 10 20 30 40 50 60 70  (®é) Trong q trình nung, phản ứng nguyên liệu phối Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu liệu xảy nhiệt độ cao hình thành dung nung thiêu kết nhiệt độ 12900C: LaFeO3 (1) , dịch rắn Sau nung sơ bộ, mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3 (2) , La(Fe0,5Ti0,5)O3 (3), nghiền khô ướt Vật liệu La(Fe0,4Co0,1Ti0,5)O3 (4) and sau nghiền lần hai trộn với La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 (5) 2% trọng lượng chất kết dính dung dịch PVA Sau mẫu ép thành sản phẩm khối kích thước 12mm  4mm  3mm đưa vào nung thiêu kết 12900C 10 với tốc độ gia nhiệt 30C/phút Sau mẫu nguội theo lị Phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X với thiết bị nhiễu xạ D5005-BrukerGermany Điện trở suất (ρ) đo dải nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 1000oC Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Sinh viên năm học 2016-2017 Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế, tháng 12/2016: tr 402-406 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU LaFe1-xCoxTiO3 403 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu LaFe1-xCoxTiO3 Các mẫu có cấu trúc orthorhombic thuộc nhóm khơng gian Pnma Từ hình ta thấy, giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu sắc nét, đỉnh nhọn rõ, chứng tỏ mẫu đơn pha Bảng Hằng số mạng, thể tích sở mẫu nung thiêu kết nhiệt độ 12900C Hợp chất LaFeO3 La(Fe0,6Ti0,4)O3 La(Fe0,5Ti0,5)O3 La(Fe0,4Co0,1Ti0,5)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 a(Å) 5,570 5,596 5,664 5,672 5,683 b(Å) 5,532 5,531 5,532 5,532 5,534 c(Å) 7,890 7,892 7,892 7,896 7,910 α 90o 90o 90o 90o 90o β 90o 90o 90o 90o 90o γ 90o 90o 90o 90o 90o V(Å)3 243,1 244,3 247,3 247,8 248,8 Từ bảng 1, thể tích sở mẫu tăng pha tạp Ti, Co thay ion Fe+3 vị trí B Đó bán kính ion Ti+4(r=0,650 Å), Co+3(r=0,648 Å) lớn so với bán kính ion Fe+3(r = 0,645 Å) Độ lớn hạt tăng tăng nhiệt độ nung thiêu kết Sự méo mạng tinh thể pha tạp Ti, Co vào LaFeO3 nguyên nhân ảnh hưởng đến tích chất điện mẫu nghiên cứu (a) (b) (c) Hình Ảnh SEM hệ mẫu nung thiêu kết nhiệt độ 12900C: (a) LaFeO3, La(Fe0,6Ti0,4)O3(b) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 (c) Hình ảnh SEM mẫu pha tạp Ti, Co nung nhiệt độ 12900C Nhận thấy rằng, hạt có kính thước tương đối đồng kích thước hạt mẫu pha tạp nhỏ so với kích thước hạt mẫu LaFeO3 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất (ρ) mẫu LaFe1-xCoxTiO3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900C biểu diễn hình Tất mẫu chế tạo biểu tính dẫn bán dẫn, điện trở suất giảm nhiệt độ tăng Kết đo điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ LaFeO3 trình bày hình 3a Chúng ta biết rằng, vật liệu perovskite LaFeO3 chất điện môi Tuy nhiên mẫu LaFeO3 chế tạo lại có tính dẫn bán dẫn q trình nung thiêu kết nhiệt độ cao mơi trường khơng khí giữ thời gian dài dẫn tới thiếu hụt Ơxy tạo trạng thái hỗn hợp hóa trị Fe+3- Fe+2 mẫu trở thành dẫn điện với chế “hoping” Ion Ti hợp chất tồn trạng thái Ti+4 làm tăng tính điện mơi Ion Co có khả tồn hỗn TRẦN DUY THANH cs 404 hợp hóa trị Co+2-Co+3, mẫu nung nhiệt độ cao làm nguội không khí Như vậy, với tồn cặp Fe+3-Fe+2, có thêm cặp Co+3-Co+2 nguyên tắc làm tăng độ dẫn điện mẫu [2-8] 1200 ln -3Ohm.cm 800 x -1 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 1000/T 400 150 200 250 300 350 400 450 500 T( C) (a) 1800 ln -1 -2 -3 1000 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1000/T ln x10 Ohm.cm -1 1500 1200 500 -2 -3 0,0 -3 x10 -3 Ohm.cm 2000 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1000/T 600 200 400 300 600 500 200 300 400 600 (c) (b) 1200 500 T( C) T( C) 1000 ln x10 Ohm.cm -3 -2 800 -3 x10 Ohm.cm 1000 -3 0,0 600 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1000/T ln -1 750 -1 -2 -3 500 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1000/T 250 400 200 200 300 400 T( C) (d) 500 600 200 300 400 T( C) 500 600 700 (e) Hình Đồ thị  (T ) hệ mẫu LaFeO3(a), La(Fe0,6Ti0,4)O3(b), La(Fe0,5Ti0,5)O3(c), La(Fe0,4Co0,1Ti0,5)O3(d) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3(e) nung thiêu kết nhiệt độ 12900C TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU LaFe1-xCoxTiO3 405 Hình thể phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu LaFe1-xCoxTiO3 nung nhiệt độ 12900C Nhận thấy đường phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu tuyến tính, phù hợp với mơ hình nhảy polaron nhỏ [9] :  E  A   exp   a  T  kT  Trong A số phụ thuộc T, T nhiệt độ tuyệt đối, k số Boltzmann, Ea lượng kích hoạt Trong nghiên cứu trước [1], pha Ti vào hợp chất LaFeO3, tạo hợp chất có hệ số Seebeck S dương có giá trị cao (khoảng mV/K) độ dẫn (σ) có giá trị nhỏ Vấn đề đặt phải tăng độ dẫn σ Trong đề tài này, pha tạp thêm Co, kết thu độ dẫn σ tăng (hình 4) mẫu La(Fe0.4Co0.2Ti0,5)O3 có giá trị độ dẫn σ cao (hình 4) Độ dẫn tăng theo nồng độ pha tạp Co La(Fe0,6Ti0,4)O3 1.5 La(Fe0,3Co0,1Ti0,5)O3 La(Fe0,4Co0,2Ti0,5)O3 ln 0.0 -1.5 -3.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1000/T Hình Sự phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,2Co0,1Ti0,6)O3 La(Fe0,4Co0,2Ti0,5)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900C KẾT LUẬN Được chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn với nhiệt độ nung thiêu kết cao 1290oC, hệ mẫu LaFe1-xCoxTiO3 đơn pha tích sở tăng theo nồng độ pha tạp Ti, Co Để cải thiện tính dẫn hệ mẫu, ion Co pha tạp với nồng độ x = 0.1, 0.2, kết tính dẫn tăng mẫu La(Fe0,4Co0,2Ti0,5)O3 cho tính dẫn cao TRẦN DUY THANH cs 406 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Dang Le Minh, Nguyen Van Du and Nguyen Thi Thuy (2008) The magnetic and electric properties of the perovskite compound of LaFeO3 doped Sr, Ti, Proceeding of the eleventh Vietnamese-German Seminar on Physcis and Engineering, Nha Trang city from 31 March to 05 April Chao Wang Hong, Lei Wang Chun, Liang Zhang Jia, Lei Zhao Ming, Liu Jian Su Wen Bin, Yin Na, Mei Liang Mo (2009) Cu Doping Effect on Electrical Resistivity and Seebeck Coefficient of Perovskite-Type LaFeO3 Ceramics, Chin Phys Lett Vol 26 No 10 107301 Das Soma, T.K Dey (2006) Temperature dependence of the thermoelectric power of La1-xKxMnO3 compounds in light of a two phase model, Physica B, 381, PP 280–288 Dagotto Elibio, Hotta Takashi, Moreo Adriana (2001) Collosal Magnetoresistance material: the key role of phase separation, Physics reports 334, PP 18-93 Giani A., Al Bayaz A., Foucaran A., Pascal-Delannoy F., Boyer A (2002) Elaboration of Bi2Se3 by metalorganic chemical vapour deposition, Journal of Crystal Growth, 236, PP 217–220 Iwasaki Kouta, Tsuyoshi Ito, Masahito Yoshino, Tsuneo Matsui, Takanori Nagasaki, Yuji Arita (2007) Power factor of La1−xSrxFeO3 and LaFe1−yNiyO3, Journal of Alloys and Compounds 430, PP 297–301 J.Y Yang, T Aizawa, A Yamamoto, T Ohta (2000) Thermoelectric properties of ntype (Bi2Se3)x (Bi2Te3)1-x prepared by bulk mechanical alloying and hot pressing, Journal of Alloys and Compounds 312, PP 326–330 Y Park C and Jacohson A J, J Electrochem (2005) Soc 152, PP 165 Muhammet Toprak, Yu Zhang, Mamoun Muhammed (2003) Chemical alloying and characterization of nanocrystalline bismuth telluride, Materials Letters 4460, PP – TRẦN DUY THANH LÊ VĨNH THỊNH CAO THỊ THÙY LINH HOÀNG HƯƠNG QUỲNH SV lớp VLTT 4, khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế ĐT: 0936 147 868, Email: tranbom202@gmail.com ...TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU LaFe1-xCoxTiO3 403 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu LaFe1-xCoxTiO3 Các mẫu có cấu trúc orthorhombic... thị  (T ) hệ mẫu LaFeO3(a), La(Fe0,6Ti0,4)O3(b), La(Fe0,5Ti0,5)O3(c), La(Fe0,4Co0,1Ti0,5)O3(d) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3(e) nung thiêu kết nhiệt độ 12900C TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU LaFe1-xCoxTiO3. .. hệ mẫu LaFe1-xCoxTiO3 đơn pha tích sở tăng theo nồng độ pha tạp Ti, Co Để cải thiện tính dẫn hệ mẫu, ion Co pha tạp với nồng độ x = 0.1, 0.2, kết tính dẫn tăng mẫu La(Fe0,4Co0,2Ti0,5)O3 cho tính