Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ điện của vật liệu nhiệt điện hệ orthor ferrit la ticofe o3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Nữ Mai Hoa CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ - ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN HỆ ORTHOR FERRIT La(TiCoFe)O3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Nữ Mai Hoa CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ - ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN HỆ ORTHOR FERRIT La(TiCoFe)O3 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Lê Minh Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Đặng Lê Minh, người thầy tận tình bảo em suốt trình tham gia nghiên cứu khoa học làm luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô môn Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên trang bị cho em kiến thức cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi học tập nghiên cứu khoa học Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình bạn bè em, người ln giúp đỡ, động viên, khuyến khích em hai năm học, trình hồn thành luận văn i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, luận văn tơi - học viên Vũ Nữ Mai Hoa - chuyên ngành Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội hoàn thành hướng dẫn khoa học PGS.TS Đặng Lê Minh Bản luận văn không chép kết từ tài liệu Nếu luận văn chép từ tài liệu tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo pháp luật ii MỤC LỤC MỤC LỤC Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN VÀ VẬT LIỆU ORTHORFERITE LaFeO3 1.1 Hiệu ứng nhiệt điện 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Hiệu ứng nhiệt điện 1.1.3 Lý thuyết hiệu ứng nhiệt điện 1.1.4 Hệ số phẩm chất vật liệu nhiệt điện 12 1.2 Vật liệu nhiệt điện 12 1.2.1 Vật liệu nhiệt điện kim loại, hợp kim 12 1.2.2 Vật liệu gốm nhiệt điện 13 1.3 Hệ vật liệu gốm nhiệt điện perovskite ABO3 13 1.3.1 Hệ vật liệu SrTiO3 13 1.3.2 Hệ vật liệu LaMnO3 16 1.3.3 Hệ vật liệu LnBO3 (Ln: Các nguyên tố đất hiếm, B=Fe,Co) 18 1.4 Vật liệu orthorferrite (Perovskite LaFeO3) 19 1.5 Một số mơ hình dẫn điện vật liệu gốm 21 1.5.1 Sự hình thành Polaron điện 22 1.5.2 Mơ hình khe lƣợng 24 1.5.3 Mơ hình lân cận gần 24 1.5.4 Mô hình khoảng nhảy biến thiên 25 1.6 Tính chất từ mẫu gốm perovskite ABO3 chứa ion từ tính 26 1.7 Cấu trúc tinh thể orthorferrite 27 Chƣơng CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 28 2.1 Chế tạo mẫu nghiên cứu 28 2.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi tính chất mẫu 29 2.2.1 Phân tích cấu trúc tinh thể 29 2.2.2 Khảo sát cấu trúc tế vi 30 2.2.3 Khảo sát tính chất từ 31 2.2.4 Khảo sát tính chất điện 31 2.2.5 Khảo sát thông số nhiệt điện 31 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Cấu trúc tinh thể cấu trúc tế vi mẫu nghiên cứu 32 3.1.1 Cấu trúc tinh thể hệ orthorferrite La(TiCoCuFe)O3 32 3.1.2 Cấu trúc tế vi hệ orthorferrite La(TiCoCuFe)O3 34 3.2 Tính chất điện hệ orthorferrite La(TiCoCuFe)O3 35 3.3 Tính chất nhiệt điện hệ orthorferrite La(TiCoCuFe)O3 40 3.4 Khảo sát tính chất từ hệ orthorferrite La(TiCoCuFe)O3 41 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 47 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 hố: 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 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 lồi người sử dụng bị q 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 sơi nhóm nghiên cứu vật liệu nhiệt điện Vật liệu pervoskite có cơng thức tổng quát 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 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN VÀ VẬT LIỆU ORTHOR FERRIT LaFeO3 1.1 Hiệu ứng nhiệt điện 1.1.1 Định nghĩa Khi hai dây kim loại khác sắt đồng nối vào hai đầu mạch điện hai đầu đốt nóng với nhiệt độ cao đầu cịn lại mạch xuất dịng điện (hình 1.1) electron tự chuyển động theo hướng xác định tác dụng sức điện động (EMF) Hiện tượng gọi hiệu ứng nhiệt điện hiệu ứng Seebeck, đặt theo tên nhà Vật lý người Đức phát tượng năm 1821 [1-2] Vậy hiệu ứng nhiệt điện biến đổi trực tiếp lượng nhiệt thành Hình 1.1 Hiệu ứng nhiệt điện hình thành hai kim loại sắt - đồng lượng điện ngược lại, có chênh lệch nhiệt độ hai vật dẫn khác kết nối với Hiện tượng giải thích hai kim loại khác nối với nhau, electron tự qua chỗ nối, cấu trúc nguyên tử kim loại khác nên electron qua chỗ nối theo hướng dễ dàng hướng lại Kết chuyển dời điện tích làm cho kim loại tích điện dương kim loại cịn lại tích điện âm Hiệu điện hình thành hai kim loại gọi hiệu tiếp xúc bị ảnh hưởng nhiệt độ chỗ tiếp xúc Bằng cách giữ nhiệt độ đầu cao electron qua chỗ nối nhanh giữ cho hiệu tiếp xúc ổn định, mà sức điện động tạo thành 12300C 5,586 5,531 7,885 90o 90o 90o 243,6 12500C 5,596 5,532 7,890 90o 90o 90o 244,3 Bảng La(Fe0,4Cu0,1Ti Từ bảng 3.1, 3.2, 3.3 3.4, ta thấy thể tích sở mẫu tăng pha tạp (Ti, Co, Cu) thay ion Fe+3 vị trí B Đó bán kính ion Ti+4(r=0,650 Å), Co+3(r=0,648 Å) Cu+2 (0,730 Å) lớn so với bán kính ion Fe+3(r = 0,645 Å) Độ hạt tăng tăng nhiệt độ nung thiêu kết Sự méo mạng tinh thể pha tạp Ti, Co Cu vào LaFeO3 nguyên nhân ảnh hưởng đến tích chất từ tính chất điện mẫu nghiên cứu 3.1.2 Cấu trúc tế vi hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3 (a) (b) (c) Hình 3.5 Ảnh SEM hệ mẫu nung thiêu kết nhiệt độ 12700C : (a) LaFeO3, La(Fe0,6Ti0,4)O3(b) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 (c) 34 (a) (c) (b) Hình 3.6 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) (a) (b) Hình 3.7 Ảnh SEM hệ mẫu La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12300C(a) 12500C(b) Hình 3.5, 3.6 ảnh SEM mẫu pha tạp Ti, Co nung nhiệt độ 12700C -12900C Nhận thấy rằng, hạt có kính thước tương đối đồng kích thước hạt mẫu pha tạp nhỏ so với kích thước hạt mẫu LaFeO Nhiệt độ nung thiêu kết tăng làm tăng kích thước hạt Hình 3.7 ảnh SEM cuả mẫu pha Ti Cu nung thiêu kết nhiệt độ 12300C 12500C Trong thành phần mẫu có CuO hợp chất có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, phản ứng pha rắn có mặt pha lỏng làm tăng cường trình khuếch tán, q trình phản ứng xảy tốt hơn, kích thước hạt lớn hơn, dẫn tới làm tăng mật độ mẫu Từ hình 3.7, ta thấy hình hạt phát triển hoàn hảo “đơn tinh thể” dự đốn mẫu có tính chất tốt 3.2 Tính chất điện hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất mẫu La(TiCoFe)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900C mẫu La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 thiêu kết nhiệt độ 12300C(a) 35 12500C(b) biểu diễn hình 3.9 3.10 Tất mẫu chế tạo biểu tính dẫn bán dẫn, điện trở suất giảm nhiệt độ tăng Kết đo điện trở suất ρ phụ thuộc vào nhiệt độ LaFeO3 trình bày hình 3.9a Chúng ta biết rằng, vật liệu perovskite LaFeO3 chất điện môi [20] Tuy nhiên mẫu LaFeO3 chế tạo lại có tính dẫn bán dẫn (hình 3.9a) q trình nung thiêu kết nhiệt độ cao môi trường không khí giữ thời gian dài dẫn tới thiếu hụt Ôxy tạo trạng thái hỗn hợp hóa trị Fe+3- Fe+2 mẫu trở thành dẫn điện với chế “hoping” [21] Ion Ti hợp chất tồn trạng thái Ti+4 làm tăng tính điện mơi Các ion Co Cu có khả tồn hỗn hợp hóa trị Co+2-Co+3, Cu+1-Cu+2 mẫu nung nhiệt độ cao làm nguội khơng khí Như vậy, với tồn cặp Fe+3-Fe+2, có thêm cặp Co+3-Co+2 Cu+2-Cu+1, nguyên tắc làm tăng độ dẫn điện mẫu 36 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 1200 -1 -2 -3 0,0 600 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1200 1000/T -2 -3 0,0 -3 800 ln ln -1 x10 Ohm.cm -3 x10 Ohm.cm 1000 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1000/T 600 400 200 200 500 400 T( C) 300 500 600 -3 1000 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 x10 1000/T -3 750 500 600 0,0 200 T( C) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1000/T 400 -3 500 250 300 -1 -2 500 200 ln -2 x10 Ohm.cm -1 1500 1000 ln Ohm.cm 400 (c) 2000 (d) 300 T( C) (b) -3 200 600 300 400 T( C) 500 600 700 (e) Hình 3.8 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 37 (a) (b) 1500 1000 -1 2,0 2,5 3,0 500 -1 -3 1,5 1000/T x10 ln(T) -2 1,0 1000 x10 Ohm.cm ln -3Ohm.cm -2 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1000/T 500 50 100 150 200 250 T( C) 300 350 400 50 450 100 150 200 250 300 350 400 450 T( C) Hình 3.9 Đồ thị  (T ) hệ mẫu La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 thiêu kết nhiệt độ 12300C(a) 12500C(b) 60 1200 La(Fe0,6Ti0,4)O3 La(Fe0,6Ti0,4)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 -3 -1 -1 x10 Ohm cm  -3 x10 Ohm.cm La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 800 400 40 20 0 300 400 500 600 700 800 900 1000 300 o T( C) 400 500 600 700 800 900 1000 o T( C) Hình 3.10 Sự phụ thuộc nhiệt độ Hình 3.11 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất (T) mẫu độ dẫn điện mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3 , La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,6Ti0,4)O3 , La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900 nung thiêu kết nhiệt độ 12900 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 thiêu kết nhiệt La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 thiêu kết nhiệt độ 12500C độ 12500C Từ hình 3.10 3.11, thấy pha tạp thêm nguyên tố Co Cu với thành phần danh định La(Fe0,2Co0,2Ti0,6)O3 ; La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 độ dẫn mẫu 38 tăng dần lên, tương ứng Đặc biệt mẫu có pha tạp Cu, độ dẫn tăng cao hai mẫu lại cao khoảng 9000C La(Fe0,6Ti0,4)O3 1,5 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)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 3.12 Sự phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,2Co0,2Ti0,6)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900C; La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung nhiệt độ 12500C Góc bên phải hình 3.8a, 3.8b, 3.8c, 3.8d, 3.8e thể phụ thuộc ln(σT)1/T mẫu LaFeO3, La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,5Ti0,5)O3, La(Fe0,4Co0,1Ti0,5)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3(a) nung thiêu kết nhiệt độ 12900C hình 3.9a 3.9b thể phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12300C 12500C Hình 3.12 thể phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 nung thiêu kết nhiệt độ 12900C; La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung nhiệt độ 12500C Nhận thấy đường phụ thuộc ln(σT)-1/T mẫu tuyến tính, phù hợp với mơ hình nhảy polaron nhỏ [18] :  A  Ea  exp    T  kT  Trong A số phụ thuộc T, T nhiệt độ tuyệt đối, k số Boltzmann, Ea lượng kích hoạt Trong nghiên cứu trước [10], pha Ti vào hợp chất LaFeO3, tạo hợp chất có hệ số Seebeck S dương có giá trị cao (khoảng mV/K) 39 độ dẫn (σ) có giá trị nhỏ Vấn đề đặt phải tăng độ dẫn σ Trong luận văn này, pha tạp thêm Co, Cu để tạo hợp chất La(Fe0.2Co0.2Ti0.6)O3 ; La(Fe0.4Cu0.1Ti0,5)O3 Kết thu độ dẫn σ tăng (hình 3.11) hợp chất La(Fe0.4Cu0.1Ti0,5)O3 có giá trị độ dẫn σ cao (hình 3.11) 3.3 Tính chất nhiệt điện hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3 1200 1,8 LaFeO3 1000 La(Fe0,6Ti0,4)O3 800 1,5 PF (x10 Wm K ) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 1,2 400 0,9 -5 S(V/K) -1 -2 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 600 La(Fe0,6Ti0,4)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 200 0,6 0,3 -200 0,0 -400 300 400 500 600 700 800 900 200 1000 T( C) 300 400 500 600 T( C) 700 800 Hình 3.13 Sự phụ thuộc nhiệt độ hệ số Seebeck mẫu Hình 3.14 Sự phụ thuộc nhiệt độ hệ số công suất mẫu La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,6Ti0,4)O3, La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 nung thiêu kết La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 nung thiêu nhiệt độ 1290 C; kết nhiệt độ 12900C; La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung nhiệt La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 nung nhiệt độ 1250 C độ 12500C Các mẫu La(Fe0.6Ti0.4)O3 La(Fe0.3Co0.2Ti0.5)O3 có hệ số Seebeck dương (S>0), La(Fe0,6Ti0,4)O3, S mẫu La(Fe0.4Cu0.1Ti0.6)O3 có giá trị âm (S7000C, trường hợp này) electron dẫn chiếm ưu mẫu bán dẫn loại n nên S0 có giá trị cao độ dẫn mẫu lại thấp, dẫn đến hệ số cơng suất (PF) có giá trị khơng cao Hệ số công suất (PF) tăng 40 hai mẫu La(Fe0.3Co0.2Ti0.5)O3 La(Fe0.4Cu0.1Ti0.6)O3 (hình 3.14) Ở nhiệt độ ≥8000C mẫu La(Fe0.4Cu0.1Ti0.6)O3 có giá trị cao PF ≥ 1.8.10-5 W-1K-2 3.4 Khảo sát tính chất từ hệ orthorferrit La(TiCoCuFe)O3 0,4 0,2 LaFeO3 0,1 M [emu/g] M [emu/g] 0,2 La(Fe0,6Ti0,4)O3 0,0 0,0 -0,1 -0,2 -0,2 -20000 -10000 -0,4 -20000 -10000 10000 10000 20000 10000 20000 H [Oe] 20000 H [Oe] 0,04 La(Fe0,4Cu0,1Ti0,5)O3 La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 M [emu/g] M [emu/g] 0,02 0,00 -0,02 -1 -0,04 -2 -20000 -20000 -10000 10000 -10000 H [Oe] 20000 H [Oe] Hình 3.15 Đường cong M(H) mẫu LaFeO3(a), La(Fe0,6Ti0,4)O3(b), La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3(c) nung thiêu kết nhiệt độ 12900C La(Fe0.4Cu0.1Ti0.6)O3(d) nung thiêu kết nhiệt độ 12500C 41 Bảng 3.5 Các thông số đường từ trễ hệ mẫu mẫu LaFeO3(a), La(Fe0,6Ti0,4)O3(b), La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3(c) nung thiêu kết nhiệt độ 12900C La(Fe0.4Cu0.1Ti0.5)O3(d) nung thiêu kết nhiệt độ 12500C Thông Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu số trễ LaFeO3 La(Fe0,6Ti0,4) La(Fe0,3Co0,2Ti0 La(Fe0.4Cu0.1 O3 ,5)O3 Ti0.6)O3 0,310 0,210 0,420 1,560 Mr (emu/g) 0,010 0,021 0,025 0,082 Hc (KOe ) 5,7 18,2 5,3 0,15 S = Mr / M m 0,032 0,10 0,06 0,05 Mm(emu/g) (H=2T) Từ hình 3.16 Bảng 3.5 ta thấy mẫu thể tính sắt từ đặc biệt mẫu La(Fe0.4Cu0.1Ti0.5)O3 mẫu thể tính sắt từ mạnh nhiều so với hai mẫu lại, đường từ trễ có độ dựng đứng hẳn, thể mẫu dễ từ hóa nhiều Cu+1 hay Cu+2 thể tính thuận từ, pha tạp vào La(Fe0.5Ti0.5)O3, nguyên tắc, làm giảm từ độ mẫu, song ngược lại, pha tạp Cu làm tăng từ độ mạnh Chúng tơi chưa tìm lời giải thích hợp lý, phải mật độ mẫu tăng mạnh, mẫu có thành phần CuO, làm tăng từ độ (emu/g) La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 La(Fe0,3Cu0,2Ti0,5)O3 -2 2,0x10 0,01 M [emu/g] M [emu/g] 0,02 0,00 -0,01 -0,02 -2 1,5x10 -2 1,0x10 -3 5,0x10 100 200 300 T0(C) 400 500 600 100 200 300 400 500 600 T0(C) Hình 3.16 Đường M(T) mẫu La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 đo từ trường H=100Oe Hình 3.17 Đường M(T) mẫu La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 đo từ trường H=1T 42 Từ hình 3.16, 3.17 đường M(T) mẫu La(Fe0,3Co0,2Ti0,5)O3 đo từ trường 100 Oe 1T, tương ứng Đường cong M(T) hình 3.16 lý thú, từ nhiệt độ phòng đến khoảng 2000C, M0 lớn phụ thuộc nhiệt độ từ độ M theo quy luật thông thường ta xác định nhiệt độ Curie mẫu La(Fe0.4Cu0.1Ti0.5)O3 khoảng 4500C 43 KẾT LUẬN Chế tạo thành công vật liệu khối LaFeO3 hệ mẫu La(TiCoCuFe)O3 phương pháp gốm truyền thống Các mẫu chế tạo có cấu trúc orthorhombic Hệ mẫu LaFeO3 chế tạo tích sở tăng pha tạp Ti, Co, Cu Chính méo mạng tinh thể pha tạp nguyên nhân ảnh hưởng đến tích chất từ tính chất điện mẫu nghiên cứu Các mẫu chế tạo có kích thước hạt tương đối đồng kích thước hạt mẫu pha tạp nhỏ so với kích thước hạt mẫu khơng pha tạp LaFeO3 Các mẫu chế tạo có độ dẫn điện σ tăng pha tạp Co, Cu hợp chất La(Fe0.4 Cu01Ti0,5)O3 có hệ số cơng suất (PF) cao Các mẫu chế tạo thể tính chất sắt từ mẫu La(Fe0.4 Cu0.1Ti0,5)O3 có tính chất sắt từ mạnh Phát hiện tượng từ hóa bất thường đo đường cong M(T) mẫu sắt từ yếu từ trường nhỏ 44 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 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 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 45 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 2732 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), “Hightemperature 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 n-type (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 46 47 I ... vi hệ orthorferrite La( TiCoCuFe )O3 34 3.2 Tính chất điện hệ orthorferrite La( TiCoCuFe )O3 35 3.3 Tính chất nhiệt điện hệ orthorferrite La( TiCoCuFe )O3 40 3.4 Khảo sát tính chất từ hệ orthorferrite... ứng dụng để chế tạo sensor khí Trong orthoferrit vật liệu điển hình LaFeO3 nghiên cứu Vật liệu LaFeO3 có nhiều tính chất ứng dụng thực tế vật liệu nhiệt điện, chế tạo pin nhiên liệu, chất xúc tác... HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Nữ Mai Hoa CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ - ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN HỆ ORTHOR FERRIT La( TiCoFe) O3 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60 44 01 04 LUẬN VĂN