Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên sự hình thành tinh thể bi2te3 bằng phương pháp lắng đọng điện hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đỗ Quang Ngọc ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ Bi2Te3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đỗ Quang Ngọc ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ Bi2Te3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HÓA Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ THỊ KIM ANH Hà Nội – 2014 ii Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn trân trọng sâu sắc tới cô giáo, PGS.TS Đỗ Thị Kim Anh, người tạo điều kiện, động viên giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Lê Tuấn Tú dành thời gian hướng dẫn tận tình em thực nghiệm, lý thuyết để hồn thành luận văn Thầy giúp em có thêm nhiều kinh nghiệm học tập sống Em xin chân thành cảm ơn tập thể cán Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt thầy cô Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp Chính thầy xây dựng cho em kiến thức tảng chun mơn để em hồn thành luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln bên em, cổ vũ động viên em lúc khó khăn để vượt qua hồn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Đỗ Quang Ngọc iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐIỆN 1.1 Hiện tượng hiệu ứng nhiệt điện 1.1.1 Hiệu ứng Seebeck 1.1.2 Hiệu ứng Peltier 1.1.3 Hiệu ứng Thomson 1.2 Các tính chất nhiệt điện 1.2.1 Độ dẫn điện (σ) 1.2.2 Hệ số dẫn nhiệt (κ) 1.2.3 Hệ số Seebeck (S) 10 1.2.4 Nhiệt độ trung hòa đảo ngược nhiệt độ 10 1.2.5 Hệ số phẩm chất (Figure of Merit) 11 1.2.6 Năng lượng nhiệt 12 1.3 Một số lý thuyết nhiệt điện 12 1.4 Ứng dụng máy nhiệt điện 13 1.5 Các loại vật liệu nhiệt điện 17 1.5.1 Vật liệu nhiệt điện kinh điển 18 1.5.2 Vật liệu Bi2Te3 19 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 23 2.1 Phương pháp Vol-Ampe vòng (Cyclic Voltammetry - CV) 23 2.2.1 Phương pháp bốc bay chân không 26 2.2.2 Phương pháp chế tạo màng phún xạ catot (Cathode Sputtering) 27 2.2.3 Phương pháp chế tạo màng lắng đọng điện hóa 27 2.3 Các phương pháp phân tích mẫu 30 iv 2.3.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 30 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Ảnh hưởng điều kiện lắng đọng lên màng Bi2Te3…………………………………… 37 3.1.1 Ảnh hưởng dung mơi hòa tan 35 3.1.2 Các loại điện cực 36 3.2 Kết đo Vol-Ampe vòng (CV) 36 3.2.1 Đặc trưng Vol-Ampe vòng Ethylene glycol (EG) 36 3.2.2 Đặc trưng Vol-Ampe vòng EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 38 3.2.3 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 41 3.2.4 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M TeCl4 44 3.3 Kết tạo màng 47 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v Các ký hiệu & từ viết tắt  Q : Dòng nhiệt Peltier  : Hệ số Seeback μV/K  : Hệ số Seeback μV/K2 CV: Vol-Ampe vòng E: Cường độ điện trường E: Suất điện động EG: Ethylene glycol Q: Nhiệt lượng S: Hệ số Seebeck T: Nhiệt độ V: Điện ZT: hệ số phẩm chất (Figure of Merit) θi: Nhiệt độ đảo ngược θn: Nhiệt độ trung hòa κ: Hệ số dẫn nhiệt μ: Hệ số Thomson ρ: Điện trở suất vi Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ cặp nhiệt điện Hình 1.2 Mơ hình hiệu ứng Thomson Hình 1.3 Parabol biến đổi suất điện động với gradient nhiệt độ 11 Hình 1.4 Ảnh máy phát nhiệt điện sản xuất lượng (Weiling L cộng sự., 2004) [23] 14 Hình 1.5 Ảnh máy phát nhiệt điện sản xuất Trung tâm bảo tồn lượng Nhật Bản (the Japanese Energy Conservation Centre), sử dụng nhiệt thải nguồn lượng để tạo mật độ điện 100 kW/m3 (Weiling cộng sự., 2004) [23] 15 Hình 1.6 Hình thu nhỏ máy phát điện (Basel Ismail cộng sự, 2009)[8] .16 Hình 1.7 Sơ đồ máy phát nhiệt điện vi mơ sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện để điều khiển chip điện tử (Fleurial JP cộng sự, 2002)[5] .16 Hình 1.8 Sơ đồ máy phát nhiệt điện vi mơ sử dụng để chuyển đổi nhiệt thải thành điện để điều khiển chip điện tử (Glatz W cộng sự, 2006)[6] 17 Hình 1.9 Mô tả phát triển ZT theo thời gian Vật liệu nhiệt điện làm mát thể dấu chấm màu xanh, vật liệu phát điện thể dấu tam giác đỏ .19 Hình 1.10 Hình dạng cấu trúc tinh thể Bi2Te3 (Bi - đỏ; Te – vàng) 21 Hình 1.11 Sơ đồ biểu diễn phương pháp tổng hợp dây nano Bi2Te3 22 Hình 2.1 Mơ hình tổng quan thí nghiệm CV……………… 23 Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng-thế trình khử .24 Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng-thế quét vòng .25 Hình 2.4 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch H2SeO3 nồng độ 20 mM .25 Hình 2.5 Sơ đồ ngun lí hệ bốc bay chân khơng 26 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm lắng đọng điện hóa tạo màng Bi2Te3 29 Hình 2.7 Thiết bị lắng đọng điện hóa 30 Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét 31 Hình 2.9 Thiết bị SEM Jeol 5410 LV Đại học Quốc Gia Hà Nội 32 Hình 2.10 Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X 33 Hình 3.1 Dung dịch Bi(NO3)3 kết tủa hòa với nước cất…………………… 35 Hình 3.2 Đặc trưng Vol–Ampe vòng EG (C2H6O2) 37 Hình 3.3 Đặc trưng Vol–Ampe vòng EG (C2H6O2) chứa 0,05 M LiClO4 .38 vii Hình 3.4 Đặc trưng Vol–Ampe vòng EG (C2H6O2) chứa 0,05 M Bi(NO3)3 .38 Hình 3.5 Đặc trưng Vol–Ampe vòng EG (C2H6O2) chứa 0,05 M Bi(NO3)3 nhiệt độ 50oC 39 Hình 3.6 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng 40 Hình 3.7 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 500C 41 Hình 3.8 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 nhiệt độ phòng 42 Hình 3.9 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 nhiệt độ 500C 42 Hình 3.10 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng 43 Hình 3.11 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC 44 Hình 3.12 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng 45 Hình 3.13 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC .46 Hình 3.14 Đặc trưng Vol-Ampe vòng chất 46 Hình 3.15 Màng Bi2Te3 sau lắng đọng 47 Hình 3.16 Phổ EDS màng Bi2Te3 lắng đọng - 0,25 V, nhiệt độ 500C đế vàng 48 Hình 3.17 Phổ EDS màng Bi2Te3 lắng đọng - 0,25 V, nhiệt độ 700C đế vàng 49 Hình 3.18 Phổ nhiễu xạ tia X màng Bi2Te3 .49 Bảng 4.1.Thành phần cấu tạo màng Bi2Te3 xác định EDS…… viii 48 MỞ ĐẦU Nguồn lượng Trái Đất vô tận, nguồn lượng phục vụ chủ yếu cho nhu cầu người khai thác có nguồn gốc từ hóa thạch dạng than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên… ngày cạn kiệt Thế kỷ 21, giới bước vào kỷ nguyên khoa học kỹ thuật, công nghiệp, công nghệ sinh học… nguồn lượng lại trở nên quan trọng Tài nguyên nhiên liệu lượng trở thành nguồn lực đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội quốc gia, quốc gia có nguồn tài nguyên sở tiền đề tốt cho đáp ứng cho phát triển Đây số nguyên nhân gây nên tình trạng bất ổn xã hội trị Điển hình việc tranh giành mỏ dầu nước Trung Đông, hay gần việc Trung Quốc đặt giàn khoan HD 981 trái phép vùng đặc quyền kinh tế Việt Nam Bởi vấn đề mơi trường, khí hậu, lượng trở thành mối quan tâm hàng đầu nước giới Đặc biệt nóng lên toàn cầu hạn chế nguồn lượng thúc đẩy nhà nghiên cứu tìm hiểu phát triển dạng lượng như: lượng mặt trời, lượng hạt nhân, lượng thuỷ triều, gió…những dạng lượng bền vững Theo báo cáo lượng toàn cầu, Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) nhận định, giới đạt thành công đầy ấn tượng việc phát triển cơng nghệ lượng tồn cầu IEA nhấn mạnh, phát triển then chốt nghiên cứu, phát triển khai thác công nghệ lượng sạch, bao gồm lượng tái sinh, lượng hạt nhân, nhiêu liệu sinh học, hiệu lượng, phương tiện vận tải chạy điện, thu trữ khí CO2 trạng triển khai nguồn lượng tồn cầu Kể từ năm 1990, tổng cơng suất phát điện từ nguồn lượng tái sinh tăng trung bình hàng năm 2,7 % Tăng nhanh điện mặt trời (điện phát tăng bình quân hàng năm từ pin mặt trời (photovoltaic – PV) 60% từ nhà máy nhiệt điện tập trung từ mặt trời (concentraing solar thermal power – CSP) 43 %, điện gió: 25% nhiên liệu sinh học tăng 17% hàng năm) Dù lượng tái sinh có nhược điểm hiệu suất khai thác khơng ổn định Ví dụ như: lượng mặt trời khai thác vào ban ngày, thủy điện phải có đủ nước gió khơng phải lúc đủ mạnh để chạy turbine … lượng tái sinh đầu tư nghiên cứu, khuyến khích sử dụng tồn giới nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm ô nhiễm mơi trường Ít 10 nước giới có thị trường quy mơ lớn nước lượng mặt trời, lượng gió Năng lượng gió có phát triển đầy ấn tượng thập kỷ qua với tổng cơng suất phát điện tồn cầu cuối năm 2010 đạt 194 GW, tăng 10 lần so với mức 17 GW vào cuối năm 2000 Ngoài ra, lượng nhiệt nguồn lượng đáng ý đa dạng nguồn cung cấp đầu vào cho thiết bị nhiệt điện Các nhà khoa học cố gắng phát triển công nghệ tận dụng nguồn nhiệt nhỏ Điển thể phát nhiệt độ khác với nhiệt độ môi trường, máy sưởi, ô tô, máy điều hòa, máy công nghiệp, lò đốt…Đó nguồn cung cấp nhiệt nhỏ lẻ, quan tâm Tuy nhiên tận dụng gom nhặt lượng hao phí để tái sử dụng cách giải đáng kể cho nhu cầu lượng loài người tương lai Việc chuyển đổi nhiệt thành điện giới thiệu Seebeck năm 1817 với số vật liệu sắt, đồng, chì Bismuth (Bi) vv…[13] Ơng khám phá chuỗi dài vật liệu gọi chuỗi Seebeck để chọn vật liệu nhiệt điện cần thiết sở mật độ điện tử Việc lắp ráp hai vật liệu khác (nối hai vật liệu dây dẫn, hàn kín hai đầu) có chênh lệch nhiệt độ hai mối hàn gọi cặp nhiệt điện Thông thường mối hàn giữ nhiệt độ khơng đổi, mối hàn lại đặt mơi trường cần đo Chúng tạo điện nhỏ hai mối nối cặp nhiệt điện Đây coi mơ hình máy phát điện quy mơ nhỏ Các mơ hình nhiệt điện chủ yếu dựa ba hiệu hứng nhiệt điện hiệu ứng Seebeck, Peltier, Thomson Tuy khám phá từ kỷ 19, thời điểm đó, nhà khoa học khơng tìm kiếm vật liệu thích hợp cho quy mô máy phát nhiệt điện Đa số vật liệu có hệ số nhiệt điện khác khơng, chúng q nhỏ để sử dụng Tìm kiếm vật liệu có chi phí thấp vấn đề Trải qua trình phát triển gần 200 năm, đến kỷ 21 công nghệ nano đời cho thấy nhiều vật liệu thấp chiều Chúng ta giả thuyết đỉnh rõ nét gắn với trình: Bi3  3e  Bi0 (3.1) Khi tăng nhiệt độ lên 500C, điện tử dung dịch trở nên linh động đỉnh khử dịch chuyển gần giá trị V Hình 3.6 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng Hình 3.7 đường đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 500C Quá trình khử điễn khoảng từ - 0,75 V đến 0,3 V Đỉnh khử mạnh dung dịch dịch chuyển gần giá trị 0,02 V Như nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến việc chọn làm việc lắng đọng điện hóa 40 Hình 3.7 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 500C 3.2.3 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 Trên Hình 3.8 đường đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 nhiệt độ phòng Tại nhiệt độ phòng, q trình xi hóa khử TeCl4 chưa xảy Có thể giải thích, dung dịch chưa có khả dẫn ion Tuy nhiên, tăng nhiệt độ lên 500C độ dẫn dung dịch cải thiện, đỉnh khử ô xi khử xuất hiện, Hình 3.9 Đỉnh khử dung dịch lớn cỡ 0,05 V Giả thiết điểm – 0,05 V liên quan đến trình Te4  4e  Te0 (3.2) Qua cho thấy, yếu tố nhiệt độ q trình lắng đọng Te khơng thể thiếu 41 Hình 3.8 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 nhiệt độ phòng Hình 3.9 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 nhiệt độ 500C Tương tự việc pha tạp 0,05 M LiClO4 vào Bi(NO3)3 ta bổ sung 0,05 M LiClO4 vào dung dịch TeCl4 thực phép đo Vol-Ampe vòng dung dịch 42 Hình 3.10 Hình 3.11 đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch TeCl4 LiClO4 nhiệt độ phòng 500C Trên Hình 3.10, xuất đỉnh khử 0,07 V, cho thấy việc LiClO4 có tác động đến độ dẫn dung dịch TeCl4 kể nhiệt độ phòng Như vậy, để lắng đọng Te hỗn hợp Bi, Te ta cần bổ sung LiClO4 đặt nhiệt độ thích hợp đem lại hiệu tốt việc lắng đọng Hình 3.10 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng Ở nhiệt độ 500C, đỉnh khử dịch chuyển mạnh cỡ 0,3 V Điều lý giải ảnh hưởng chất tạo phức LiClO4 giúp điện tử trở nên linh động, làm đỉnh khử dương Điều giải thích báo cáo nhóm tác giả Hai P Nguyen [5] 43 Hình 3.11 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC 3.2.4 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05 M TeCl4 Hình 3.12 biểu diễn đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch chứa 0,05 M Bi(NO3)3, 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng Bằng cách so sánh đồ thị với đường đặc trưng Vol-Ampe vòng Hình 3.6 Hình 3.10 gán đỉnh ô xi hóa 1,1 V cho xi hóa TeCl4, đỉnh 0,6 V cho Bi(NO3)3 Bên cạnh nhiệt độ phòng, thấy xuất đỉnh khử cỡ - 0,25 V tương ứng với việc khử Bi(NO3)3 trực tiếp thành Bi Như vây, dung dịch tồn Bi, Te, đảm bảo việc lắng đọng cho việc hình thành màng Bi2Te3 44 Hình 3.12 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ phòng Thay đổi nhiệt độ dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 lên 50oC Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch thể hình 3.13, quan sát thấy ngồi đỉnh khử cỡ - 0,25 V có đỉnh khử nhỏ cỡ 0,03 V liên quan đến lắng đọng Bi tạo thành pha Bi-Te Q trình mơ tả phương trình: Bi3  3Te 4  18e   Bi 2Te3 45 (3.3) Hình 3.13 Đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 , 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC Hình 3.14 Đặc trưng Vol-Ampe vòng của: - dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3 0,05M LiClO4 nhiệt độ 50oC (đỏ); - dung dịch EG chứa 0,05 M TeCl4 0,05M LiClO4 nhiệt độ 50oC (xanh); - dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3, 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC (đen-nét đứt) 46 Trên Hình 3.14, biểu diễn đường đặc trưng Vol-Ampe vòng dung dịch EG với thành phần khác nhiệt độ 50oC Quá trình khử dung dịch nằm trùng lên Đối với dung dịch 0,05 M Bi(NO3)3, 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 nhiệt độ 50oC dải khử nằm cỡ - 0,5 V đến 0,2 V, điều phù hợp với số báo giới [7,13] Đỉnh khử mạnh dung dịch cỡ - 0,25 V khả quan cho việc lắng đọng điện hóa Trong luận văn, sử dụng lắng đọng - 0,25 V để lắng đọng điện hóa theo nhiệt độ phòng (25oC), 50oC 70oC 3.3 Kết tạo màng Sau tìm lắng đọng Bi2Te3, sử dụng thiết bị lắng đọng điện hóa Bộ mơn Vật lý Nhiệt độ thấp – ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội để lắng đọng màng Bi2Te3 điều kiện nhiệt độ khác Dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3, 0,05 M TeCl4 0,05 M LiClO4 sử dụng để lắng đọng đế vàng Mọi thiết bị thực nghiệm làm kỹ thuật trước lắng đọng Hóa chất sử dụng có độ tinh khiết cao (> 99%), thời gian lắng đọng 300 s Các màng sau lắng đọng làm nước cất, nhằm loại bỏ dung dịch EG khỏi bề mặt Hình 3.15 Màng Bi2Te3 sau lắng đọng 47 Thành phần màng Bi2Te3 đo phổ tán sắc lượng (EDS) trình bày bảng 4.1 Trong đó, thành phần tổng cộng màng tỷ lệ vàng cao, phần lại tập trung loại vật liệu Bi Te theo tỷ lệ: Nhiệt độ Nguyên tố (%) Thế lắng đọng (V) vs SCE Bi Te 250C - 0,25 500C - 0,25 12,84 87,16 700C - 0,25 3,26 96,74 Chưa hình thành màng Bảng 4.1.Thành phần cấu tạo màng Bi2Te3 xác định EDS Kết đo bảng cho thấy, nhiệt độ phòng màng chưa hình thành Ở hai nhiệt độ 50oC 70oC màng cho tỷ lệ Te chiếm đa số Tuy nhiên, điều đáng khả quan màng hình thành chứa hai loại vật liệu mong muốn Ở nhiệt độ 50oC thành phần màng có xu hướng đạt thành phần gần hợp thức Tôi sử dụng kết tạo màng 50oC để đo nhiễu xạ tia X Hình 3.16 Phổ EDS màng Bi2Te3 lắng đọng - 0,25 V, nhiệt độ 500C đế vàng 48 Hình 3.17 Phổ EDS màng Bi2Te3 lắng đọng - 0,25 V, nhiệt độ 700C đế vàng Các kết phân tích EDS cho thấy màng lắng đọng Bi2Te3 có chứa Bi, Te số nguyên tố khác: Au, O, Si Sự có mặt Au, O, Si mẫu màng Bi2Te3 lớp đế làm thủy tinh, bề mặt phủ lớp vàng Kết nhiễu xạ X-Ray Hình 3.18 Phổ nhiễu xạ tia X màng Bi2Te3 49 Kết nhiễu xạ tia X cho thấy màng lắng đọng chưa hình thành tinh thể Bi2Te3 Điều giải thích nguyên nhân: màng lắng đọng cần xử lý nhiệt trước thực phép đo, nhằm tăng khả kết tinh tinh thể Bi2Te3 Ngoài ra, màng lắng đọng chưa đủ dày, thực phép đo nhiễu xạ tia X có khả phân tích màng Au Như vậy, kết nhiễu xạ tia X cho ta thấy màng lắng đọng chưa hình thành tinh thể Bi2Te3 Việc tạo màng tinh thể Bi2Te3 phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác ủ nhiệt, thời gian lắng đọng … Tuy nhiên, màng lắng đọng tồn loại nguyên tố Bi Te mà mong muốn phương pháp lắng đọng điện hóa Đây phương pháp phù hợp cho việc lắng đọng màng tinh thể Bi2Te3 50 KẾT LUẬN Nhóm bước đầu nghiên cứu vật liệu nhiệt điện phương pháp điện hóa Các kết đạt trình làm luận văn Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp sau: Các muối Bi(NO3)3 TeCl4 hòa tan dung dịch Ethylene glycol Thơng qua phép đo Vol-Ampe vòng chứng minh Ethylene glycol dung mơi thích hợp cho việc lắng đọng điện hóa Hòa tan LiClO4 vào dung dịch Ethylene glycol có chứa Bi(NO3)3 TeCl4 giúp tăng khả dẫn điện dung dịch lên 10 lần LiClO4 chất tạo phức thích hợp để bổ sung vào dung dịch trình lắng đọng điện hóa màng Bi2Te3 Điện cực làm việc dung dịch Bi(NO3)3 điện cực trơ phản ứng hóa học Điện cực vàng (Au) sử dụng cho thấy hiệu tốt Sử dụng phương pháp Vol-Ampe vòng đưa lắng đọng dung dịch chứa Bi(NO3)3,TeCl4 LiClO4 cỡ - 0,25 V Nghiên cứu phụ thuộc thành phần theo nhiệt độ dung dịch lắng đọng Nhiệt độ thích hợp để lắng đọng 50oC Như vậy, bước đầu màng Bi2Te3 có thành phần Bi Te, giải khó khăn việc lựa chọn lắng đọng Phương pháp lắng đọng điện hóa bước sử dụng cho thấy phù hợp với việc lắng đọng Bi2Te3 Những nghiên cứu sâu cần thiết để có hiểu biết rõ ràng điện hóa để cải thiện hình thái học mẫu Bi2Te3 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Ngơ Đình Sáng (2013), Mô vật lý linh kiện, chế tạo khảo sát tính chất số lớp pin mặt trời hệ sở màng mỏng CIGS , luận án tiến sỹ Vật lý, Trường Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ngô Thu Hương (2005), Chế tạo nghiên cứu tính chất Điện Quang Bi – Te, Đề tài NCKH QT.05.12 Tiếng Anh Cengel YA, Boles MA (2008), “Thermodynamics: An engineering approach” 6th ed McGraw-Hill press, New York, 623-652 Chen L, Li J, Sun F, Wu C (2005), “Performance optimization of a twostage semiconductor thermoelectric-generator”, Appl Energy; 82: 300-312 Fleurial, J.-P., Ryan, M.A., Borshchevsky, A., Phillips, W., Kolawa, E.A., Snyder, G.J., Caillat, T., Kascich, T., Mueller, P (2002): US20026388185 Glatz W, Muntwyler S, Hierold C (2006), “Optimization and fabrication of thick flexible polymer based micro thermoelectric generator”, Sens Actuators; 132: 337-345 Hai P Nguyen, Minxian Wu, Jiale Su, Ruud J.M Vullers, Philippe M Vereecken, Jan Fransaer (2012) “Electrodeposition of bismuth telluride thermoelectric films from a nonaqueous electrolyte using ethylene glycol” Electrochimica Acta, Volume 68, Pages 9-17 Ismail, Basel I.; Ahmed, Wael H (2009), “Thermoelectric Power Generation Using Waste-Heat Energy as an Alternative Green Technology”, Recent Patents on Electrical & Electronic Engineering (Formerly Recent Patents on Electrical Engineering), Volume 2, Number 1, pp 27-39(13) 52 Jinushi T, Okahara M, Ishijima Z, Shikata H, Kambe M (2007), “Development of the high performance thermoelectric modules for high temperature heat sources”, Mater Sci Forum; 534-536: 15211524 10 Min G, Rowe DM (2007), “Ring-structured thermoelectric module”, Semicond Sci Technol; 22: 880-883 11 Min G, Rowe DM (2002), “Symbiotic application of thermoelectric conversion for fluid preheating/power generation”, Energy Conversion Management, 43: 221-228 12 Min G, Rowe DM, Kontostavlakis K (2004), “ Thermoelectric figure-ofmerit under large temperature differences”, J Phys D: Appl Phys, 37: 1301-1304 13 Minxian Wu, Hai P Nguyen, Ruud J M Vullers, Philippe M Vereecken, Koen Binnemans, and Jan Fransaer (2013), “Electrodeposition of Bismuth Telluride Thermoelectric Films from Chloride-Free Ethylene Glycol Solutions”, Journal of the Electrochemical Society, 160(4) D196-D201 14 Nuwayhid RY., Rowe DM., Min G (2003), “Low cost stove-top thermoelectric generator for regions with unreliable electricity supply” Renewable Energy; 28: 205-222 15 Omer SA, Infield DG (2000), “Design and thermal analysis of two stagesolar concentrator for combined heat and thermoelectric power generation”, Energy Conversion & Management; 41: 737-756 16 Riffat SB, Ma X (2003), “Thermoelectrics: A review of present and potential applications”, Appl Therm Eng; 23: 913-935 17 Rowe DM, Kuznetsov VL, Kuznetsova LA, Min G (2002), “Electrical and thermal transport properties of intermediate-valence YbAl3”, J Phys D: Appl Phys; 35: 2183-2186 18 Rowe DM, Min G (1998), “Evaluation of thermoelectric modules for power generation”, J Power Sources; 73: 193-198 53 19 Rowe DM ( 2006), “Thermoelectric waste heat recovery as a renewable energy source”, Int J Innov Energy Syst Power; 1: 13-23 20 Rowe DM (1999), “Thermoelectrics, an environmentally-friendly source of electrical power”, Renewable Energy; 16: 1251-1265 21 Saiki S, Takeda SI, Onuma Y, Kobayashi M (1985), “Thermoelectric properties of deposited semiconductor films and their application”, Elect Eng Jpn; 105(2): 387 22 Stevens JW (2001) “Optimal design of small T thermoelectric generation systems”, Energy Conversion and Management; 42: 709-720 23 Taguchi, T (2007): US20070193617 24 Weiling L, Shantung TU (2004), “Recent developments of thermoelectric power generation”, Chin Sci Bull; 49(12): 1212-1219 25 Yadav A, Pipe KP, Shtein M (2008), “Fiber-based flexible thermoelectric power generator”, J Power Sources; 175: 909-913 26 Yodovard P, Khedari J, Hirunlabh J (2001) “The potential of waste heat thermoelectric power generation from diesel cycle and gas turbine cogeneration plants”, Energy Sources; 23: 213-224 54 ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đỗ Quang Ngọc ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN SỰ HÌNH THÀNH TINH THỂ Bi2Te3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HÓA Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt Mã số: LUẬN VĂN... trưởng thành ngành điện hóa, hàng loạt phương pháp nghiên cứu chế điện hóa hình thành Trong đó, phương pháp Vol-Ampe vòng phương pháp tỏ hữu hiệu Phương pháp Vol-Ampe vòng thí nghiệm điện hóa - điều. .. Khoa học Tự Nhiên – ĐHQGHN, nhóm chúng tơi tìm hiểu ảnh hưởng điều kiện chế tạo nên việc hình thành tinh thể Bi2Te3 phương pháp lắng đọng điện hóa Bi2Te3 chất bán dẫn, hợp chất bismuth (Bi) tellurium