Chế tạo nghiên cứu tính chất từ - điện vật liệu nhiệt điện hệ orthor ferrit La(TiCoFe)O3 Vũ Nữ Mai Hoa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý chất rắn; Mã số 60 44 01 04 Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Lê Minh Năm bảo vệ: 2013 Abstract Giới thiệu tổng quan vật liệu nhiệt điện vật liệu orthorferrit LaFeO3 Các phương pháp thực nghiệm Trình bày phương pháp chế tạo mẫu phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện tính chất từ vật liệu chế tạo Kết thảo luận Trình bày kết chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện tính chất từ mẫu chế tạo đưa nhận xét, giải thích kết Keywords Vật lý chất rắn; Vật liệu nhiệt điện; Khoa học vật liệu Content MỞ ĐẦU Hầu hết hoạt động người liên quan tới việc tiêu thụ lượng: từ việc lại, sản xuất tới nhu cầu tối thiểu sống Trong hoạt động diễn ra, lượng chuyển hoá: từ điện thành năng, từ lượng hóa thạch thành nhiệt chuyển động Cho dù chúng có diễn theo cách chắn điều hiệu suất sử dụng lượng không đạt 100%, ln có lượng bị hao phí Một nguồn hao phí điển hình thất nhiệt vơ ích Khơng có ngạc nhiên thống kê 2/3 lượng mà loài người sử dụng bị trình tỏa nhiệt Vì thế, để tận dụng nguồn lượng dồi mục tiêu nghiên cứu nhà khoa học nước quốc tế, đặc biệt nhà nghiên cứu khoa học vật liêu Một loại vật liệu sử dụng lĩnh vực lượng Vật liệu nhiệt điện, vật liệu chuyển hóa trực tiếp lượng nhiệt thành lượng điện Khi quan tâm ý tập trung vào việc tìm nguồn lượng thân thiện với môi trường để thay nguồn lượng hóa thạch khai thác có nguy cạn kiệt dần, gây nhiễm mơi trường máy phát điện sử dụng vật liệu nhiệt điện ý tưởng hay, phù hợp với yêu cầu sống đặt Đối với máy phát điện sử dụng vật liệu nhiệt điện, hiệu suất chuyển đổi lượng nhiệt thành điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chênh lệch nhiệt độ hoạt động, nhiệt độ trung bình suốt trình máy hoạt động, chất lượng vật liệu sử dụng máy Để đánh giá chất lượng vật liệu, ta thường dùng đại lượng không thứ nguyên hệ số phẩm chất (the figure of merit Z) Z định nghĩa Z= α 2 đó: độ dẫn điện (.cm), hệ số Seebeck hay suất nhiệt điện (V/K) độ dẫn nhiệt (W / (cm K)) vật liệu Như vậy, vật liệu nhiệt điện có giá trị Z lớn dải nhiệt độ hoạt động xác định điều quan trọng máy phát điện Sự tìm kiếm vật liệu nhiệt điện thường theo hướng vật liệu có hệ số Seebeck độ dẫn điện cao đồng thời độ dẫn nhiệt thấp Vật liệu gốm nhiệt điện có cấu trúc Perovskite coi hệ vật liệu có tiềm cho mục đích chế tạo máy phát điện vùng nhiệt độ cao Tuy nhiên, chế đồng thời tạo α, σ cao λ thấp vấn đề tranh luận sôi nhóm nghiên cứu vật liệu nhiệt điện Vật liệu pervoskite có cơng thức tổng qt ABO3, với A cation nguyên tố đất hay kim loại kiềm thổ (Y, La, Nd, Sm, Ca, Ba…), B cation nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Mn, Co, Fe) Sự thay nguyên tố khác vào vị trí A B thay đồng thời lúc hai vị trí tạo nhiều thay đổi tính chất Khi có pha tạp, tính chất nhiệt điện vật liệu perovskite có nhiều hứa hẹn cải thiện để phù hợp với mục đích ứng dụng khác Các hướng nghiên cứu chế tạo khảo sát vật liệu pervoskite thực với họ vật liệu quen thuộc SrTiO3, LaMnO3, CaMnO3, LaFeO3… Trước đây, nhóm nghiên cứu vật liệu gốm nhiệt điện Bộ môn Vật lý Chất rắn, Khoa Vật lý Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia-Hà nội, chế tạo vật liệu LaFeO3 pha tạp Ti cho hệ số Seebeck có giá trị dương lớn, cỡ mV/K Tuy nhiên, độ dẫn điện vật liệu thấp nên chưa thể ứng dụng thực tế Nhằm nghiên cứu làm tăng độ dẫn điện vật liệu nói trên, tơi chọn đề tài “Chế tạo nghiên cứu tính chất từ - điện vật liệu nhiệt điện hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3” làm đề tài cho luận văn Nội dụng luận văn gồm: - Mở đầu - Chương 1: Giới thiệu tổng quan vật liệu nhiệt điện vật liệu orthorferrit LaFeO3 - Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm Trình bày phương pháp chế tạo mẫu phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện tính chất từ vật liệu chế tạo - Chương : Kết thảo luận Trình bày kết chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện tính chất từ mẫu chế tạo đưa nhận xét, giải thích kết - Kết luận - Tài liệu tham khảo - Phụ lục Reference TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 La1xKxMnO3 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 5 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 Iwanaga Shiho (2008), “Thermoelectric properties and applications of Sodium doped Vanadium pentoxide thin films”, PhD Thesis in Electrical Engineering, University of Washington, USA Kanatzidis M.G, Mahanti S.D, Hogan T.P (2001), “Chemistry, Physics, and Materials Science of Thermoelectric Materials”, Plenum Press, New York Kim Minjung, "Structural, electric and magnetic properties of Mn perovskite", Deparment of Phyics, University of Illinois at Urbana - Champaign, IL61801, USA LW Tai (1995), “Solid State Ionic” 76 PP 117 10 Đang 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 11 Mott N F, Davis E A (1971), “Electronic Processes in Non-crystalline Materials”, Clarendon Press Oxford 12 Mohamed Ahmed Ahmed, Mahrous Rashad Ahmed, Saad Abed El Rahman Ahmed (2011), “Correlation of Magnetoresistance and Thermoelectric Power in La1-xLixMnOy Compounds”, J Electromagnetic Analysis & Applications 3, PP 27-32 13 Muta Hiroaki, Kurosaki Ken, Shinsuke Yamanaka (2003), “Thermoelectric properties of rare earth doped SrTiO3”, Journal of Alloys and Compounds 350, PP 292–295 14 Robert R., M.H Aguirre, P Hug, A Reller, A Weidenka (2007), “High-temperature thermoelectric properties of Ln(Co, Ni)O3 (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Gd and Dy) compounds”, Acta Materialia 55, PP 4965–4972 15 Robert R., L Bocher, M Trottmanna, A Reller, A Weidenkaff (2006), “Synthesis and high-temperature thermoelectric properties of Ni and substituted LaCoO3”, Journal of Solid State Chemistry, 179 PP 3893–3899 16 S I Vecherskii (2004), Phys Solid State 46, PP 1433 17 Nguyen Thi Thuy, Dang Le Minh, Ngo Van Nong (2012), “Thermoelectric properties of Ca1-xYxMnO3 and Ca0.9Y0.1-yFeyMnO3 perovskite compounds”, Journal of Science and Technology 50 (1B), PP 335-341 [18] Muhammet Toprak, Yu Zhang, Mamoun Muhammed (2003), Chemical alloying and characterization of nanocrystalline bismuth telluride, Materials Letters 4460, PP – 19 Ning Wang, Hongcai HE, Yaoshuai BA, Chunlei Wan and Kunihito Koumoto (2009), Thermoelectric properties of Nb-doped SrTiO3 ceramics enhanced by potassium titanate nanowires addition, Journal of Electronic Materials 38, PP 1002-1007 20 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 21 Y Park C and Jacohson A J, J Electrochem (2005), Soc 152, PP 16 ... tính chất điện tính chất từ vật liệu chế tạo - Chương : Kết thảo luận Trình bày kết chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện tính chất từ mẫu chế tạo đưa nhận xét,... điện vật liệu nói trên, tơi chọn đề tài Chế tạo nghiên cứu tính chất từ - điện vật liệu nhiệt điện hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3” làm đề tài cho luận văn Nội dụng luận văn gồm: - Mở đầu - Chương... phát điện Sự tìm kiếm vật liệu nhiệt điện thường theo hướng vật liệu có hệ số Seebeck độ dẫn điện cao đồng thời độ dẫn nhiệt thấp Vật liệu gốm nhiệt điện có cấu trúc Perovskite coi hệ vật liệu