Chế tạo và nghiên cứu các tính chất điện và quang bi te

DAI HOC QUOC GIA HA N I TRlTCJNG DAI HOC KHOA HOC T U• NHIEN * * • *1*rn fn n * ô ô1 ã!ằ ằtf *1* fT *1%» n** »T» TEN DE T A I : CHE TAO VA NGHIEN ClfU CAC TINH CHAT DIEN VA QUANG CUA Bi-Te MA SO: QT-05-12 D A l H O C Q U O C Q!A HA N O l Tr? U N G TAM T H O N G flP'J THU VIEN O T / CHU TRI DE T A I : TS NGO THU HUONG CAC CAN BO THAM GIA: PGS TA DINH CANH CAO HOC: DAM THI QUYEN HA N I - 2005 *>? G ~ B o c o tó m tắ t a.T ẽn đ ề tà i : C h ế tạ o n g h iê n u tín h c h ấ t đ iệ n q u a n g B i-T e (M ã SỐ : Q T -0 -1 ) b C hủ tr ì đ ề tà i : TS N g T h u H n g c C c c n b ộ th a m gia: PG S.T S T Đ ìn h C ản h C ao học: Đ àm T hị Q u y ê n d T h i g ia n th ự c h iệ n từ th n g n ă m 0 đ ến th n g 12 n ă m 0 e M ụ c tiêu n ộ i d u n g n g h iê n cứu: m ụ c tiêu n g h iê n u c ủ a đề tài c h ế tạ o đ n tin h th ể B i2T e n g h iê n u cá c tín h c h ấ t đ iệ n q u a n g hệ m ẫ u n y N g o i c h ú n g tơi cị n k h ả o sá t ản h h n g c ủ a c h ế độ công n g h ệ đ ến c ấ u trú c n a n o củ a m n g B i2T e f C c k ế t q u ả đ t được: K ế t q u ả củ a đ ề tài b ao g m b áo cá o k h o a học: 01 b áo c o h ộ i n g h ị q u ố c tế v ật liệu từ c c n c c h â u Á 01 báo cáo H ộ i n g h ị V ậ t lý to n q u ố c n ă m 0 (2 -2 /1 /2 0 ); 01 lu ận văn tốt ng h iệp n ăm 0 m ộ t p h ần tro n g lu ận v ăn ca o h ọ c củ a sin h viên g T in h h ìn h k in h p h í củ a đề tài: T ổ n g k in h p h í th ự c chi: 0 0 0 đ n g T ro n g đ ó - T n g ân sách n h nước: - K in h p h í Đ H Q G : 0 0 0 đ n g - Vay tín dụng: - V ốn tự có: C H Ủ TR Ì Đ Ể TÀI (K ý ghi rõ họ tên) KHO A Q U Ả N LÝ (Ký ghi rõ họ tên) ĩ ‘ u y C Q U A N CHỦ TRÌ Đ Ể TÀ I PGS.TS £ M í o M i n i B rief project report a Project title: (Q T-05-12) b Project co-ordinator: Dr N go Thu Huong c C o-operator: Prof.D r Ta Dinh Canh; M aster student : Dam Thi Quyen d D uration: from 2005, February to 2005, D ecem ber) e O bjectives and scientific contents: The m ain object o f this project is: preparation the single crystals Bi2Te3 and studying the electrical, optical properties o f these system s However, we have obsearved the influence o f the technology on the nanostructure o f Bi2Te3 thin films f R esults: The m ain result o f this project is: We have two presentations: one presentation at the 2nd International Sym posium on A dvanced M aterials in A sia-Pacific Rim (April V ietnanational C onference on Physics 1-4, 2005) and other one at the (N ovem ber 21-23, 2005) O ne BSc theis had been finished and som e parts in the M s thesis g Budget: 10.000.000 VND M ục lục Tranể ^ Lời m đầu Tổng quan vật liệu Các phương pháp thực nghiêm ịị Các kết biện luận 15 K ết luận 29 Tài liệu tham khảo 30 LỜ I M Ở Đ Ầ U H iện nay, th ế giới việc ứng dụng vật liệu nhiệt điện ngành khoa học kỹ thuật phát triển rộng rãi N hiều hãng điện tử tiếng ứng dụng vật liệu nhiệt điện sản phẩm m ình ứng dụng vào chế tạo máy phát điện, m áy làm lạnh nhiệt điện hay ch ế tạo cảm biến dùng thiết bị hoàn chỉnh đo nhiệt từ xa v.v Những nghiên cứu nhằm tìm vật liệu có ý nghĩa quan trọng, thơng thường họ vật liệu (Bi,Sb)2T e3, Bi2(Se,Te)3 nghiên cứu ứng dụng chúng có hệ số phẩm chất cao họ vật liệu khác nhiệt độ phịng Trong năm gần đây, tình hình nghiên cứu phát triển vật liệu nhiệt điện diễn sôi Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vật liệu khối, màng m ỏng, vật liệu có cấu trúc siêu m ạng hay cấu trúc nano Trong tất họ vật liệu nhiệt điện họ vật liệu Bi2T e3 có tích zr cao đạt xấp xỉ nhiệt độ phòng Do việc nghiên cứu tính chất điện quang vật liệu nhiệt điện m ột nghiên cứu quan trọng có ý nghĩa T rong đề tài này, đã: C hế tạo đơn tinh thể Bi2T e3 vật liệu m àng Bi2T e3 N ghiên cứu tính chất cấu trúc, tính chất điện quang loại vật liệu Phần kết nghiên cứu đề tài chia thành ba phần: Phần 1: Tổng quan vật liệu P hần 2: Các phương pháp thực nghiêm P h ầ n 3: K ết nghiên cứu đề tài thảo luận NỘI DƯNG C H ÍN H Phần 1: Tổng quan vật liệu 1.1 Vật liệu nhiệt điện Đ ể đánh giá m ột loại vật liệu nhiệt điện nào, người ta xét đến hệ số phẩm chất chúng m ột khoảng nhiệt độ V ật liệu có hệ số phẩm chất lớn có tính nhiệt điện tốt Vật liệu Bi2T e3 hợp chất có hộ số phẩm chất lớn có nhiệt độ hoạt động khoảng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ phòng nên ứng dụng máy lạnh nhiệt điện Vật liệu PbTe có độ phẩm chất lớn SiGe có độ phẩm chất nhỏ nên ứng dụng làm máy phát điện nhiệt điện hoạt động nhiệt độ 1000 1300K 1.2 Các vật liệu nhiệt điện đại: Các nghiên cứu chất bán dẫn nhiệt điện đại quan sát Ioffe [1] nhận thấy chất bán dẫn pha tạp có tượng nhiệt điện tốt Ơng có ý tưởng ch ế tạo thiết bị tủ lạnh m áy phát nhiệt điện Vào năm 1957- 1965, phép đo đạc tiến hành chất bán dẫn, bán kim nhiều loại hợp kim Các vật liệu sử dụng nhiều Bi2T e3, Pb2T e3, Sb2T e3 N hiều lý thuyết đồng thời đưa khoảng thời gian m ang lại nhiều kết lý thú T uy vậy, vật liệu tốt dùng để c h ế tạo thiết bị nhiệt điện có cơng suất nhỏ Các vật liệu nhiệt điện bán dẫn có nồng độ tạp cao Người ta tìm phụ thuộc z vào nồng độ phần tử tải cho thấy khoảng n = 1018 - 1019 cm '3 Zmax (Hình 1) Hình 1.1: Sự phụ thuộc nồng độ phần tử tải hệ sốSeebeck, độ dẫn điện, hệ số công suất độ dẩn nhiệt chất cách điện, bán dẩn kim loại Thông thường, m uốn tăng hệ số phẩm chất vật liệu phải làm giảm hệ số dẫn nhiệt K Với chất cách điện có nồng độ hạt tải thấp độ dẫn điện nhỏ, hệ số Seebeck lớn tích số a 2o'lạ i thấp Đường a 2ơ có m ột cực đại vị trí Độ dẫn điện tăng lên với nồng độ hạt tải, hệ số Seebeck giảm Tuy nhiên giá trị a 2ơ lại đạt cực đại khoảng n = 1018- 10I9c r n Khảo sát Ioffe nghiên cứu bán dẫn pha tạp cho giá trị hệ số công suất lớn hệ số phẩm chất lớn Đó nguyên nhân có nhiều nghiên cứu tập trung vào vật liệu bán dẫn có nhiều tính chất lý thú 1.3 Những nghiên cứu gần chất nhiệt điện: Từ năm 1960 trở lại có nhiều nghiên cứu hiên tượng nhiệt điện vật liệu bán dẫn loại n loại p N h iều nhà nghiên cứu cố gắng tăng Z I' vật Có nhiều vật liệu nhiệt điện có hệ số phẩm chất cao nhiệt độ cao phát (hình 1.2) Gần đây, nghiên cứu nhóm nghicn cứu N hật [2] tìm m ột họ vật liệu Biị 8Sbo.2Te3 +s cao Đặc biệt m ẫu Bìị 8Sb02Te3 259 có giá trị zr đạt hệ số phẩm chất = 1.2 nhiệt độ phòng hệ số Seebeck đạt 500ụ V / K 200 K 1.4" ! * n : - T - (Bi,ShjíT&3 alleys Ãì 3.0 ■ r % te °-8 ■ / > ioys y »,Sr:)iTe.Sỵ>) (Pa,Sr:)iTí / f \ /h / ' ****» / V ã 02 jpằtyp& roatò*i,.I N a n o la y c r c d t A m orphous C arbon ’ ' 'I; JÍfê *■ , F ilm s on F lu orocarb on r / R ubber for A p p lic a t io n s ‘ ' F rictio n N g u y e n K ie n C u o n g M itsuru Tahara *'24 ' , ’O 28 J4 N g o X u a n D a i, N g u y e n N g o c L o n g , N g u y e n Thi T huc H ien, and P h a m T h i P h u o n g Ị (JW 31 Ư V d e g r a d a t i o n o f p o l y u r e t h a n e c o a t in g s w it h th e p r c s c n c e o f n a n o c l a y j To Thi X u a n H a n g , Trinh A n h True, Vu K e Oanh, Junkyun g K im W e ll - a li g n e d Z n O m i c r o t u b e s s y n t h e s i z e d v ia v a p o r t r a n s p o r t p r o c e s s , i Low ■' I P r e p a r a t io n a n d P r o p e r t i e s o f P o ly p ro p y len e/C la y N a n o co m p o sites Thai H o an g, N g u y e n T h a c K im , D o Van C o n g ,.N g u y e n N g o c C hien D e v e l o p m e n t o f a n o v e l F a m i l y o f M o l e c u l a r G la s s e s b a s e d o n O li g o s i ly le n e s Ichiro Im ae and Y usuke K a w a k a m i S t u d y o n p r e p a r a t i o n o f b le n d b a s e d o n L D P E an d V i e t n a m e s e t h e r m o p l a s t i c c a s s a v a sta r c h u s in g P E - g - M A a s a C o m p a t i b i l i z e r Pham N g o c Lan, N g u y e n C hau G iang, N g u y e n M inh Thu P r e p a r a t io n a n d p r o p e r t y o f p o l y m e r n a n o c o m p o s i t e b a s e d on p o l y e t h y l e n e m o d i f i e d by silic o n s a n d n a n o - c l a y Dao T h e ' M in h , B u i H u y D in h , Vu H L o n g N u c l e a r M a g n e t i c R e s o n a n c e in M a t e r i a l S c ie n c e * V Peter Sprenger I n v e s t ig a t io n o f p a r a f f i n b a s e d P h a s e C h a n g e M a t e r ia l ( P C M ) a n d t h e a p p lic a t io n f o r ' T h e r m a l E n e r g y S t o r a g e ( T E S ) in s o la r d e s a l in a t io n s y s t e m N.T Tai, P.T.N B ic h , V.Đ H ie n , D ,Q H u o n g , P.V Lam , , I , V ,• • ,| S o m e p r o p e r t ie s o f c l e c t r o c h c m i c a l l y a c t iv e m a t e r ia ls N i ( O H ) p r e p a r e d b y s o l- g e l t e c h n i q u e D u Chi Thanh, N g u y e n T h i M a i, U o n g Van Vy r i l l II-ŨÍ , 1- T h e f o r m a t i o n a n d a b i e n c e fo f L a m i n a r S t r u c t e r e in s o m e N a n o c o m p o s i t e M a g n e t s N D The, N Chau, N Q H oa, P.Q N ie m 'I*'" E l e c t r o d e p o s i t i o n o f m u l t i l a y e r C o / C u w i t h G ia n t M a g n e t o r e s i s t a n c e ( G M R ) e f fe c t f r o m » s in g le b a t h I , ■ • _ „ M Thanh Tung, Chu Van Thuan, N g u y e n H o a n g N g h i I^ otograft C op oly m eriza tio n o n th e Su rface o f U lt r a f il t r a t io n M e m b r a n e s for P r o te in E x clu sio n H o n g Sun, J u n fe n g Z h o u , D o n g x i a H uo, H o n g y in g Wang S y n t h e s is * i of •■ (G d /V O o jsJ V ^ B O jiE u ^ C M ^ a , • i >>r ■ " Sr, • Ba, Zn, A l,0 < x < ) ■" *i!>- and its ' • i ■>i i■ P h o t o l u m i n c s c e n c e in 0 - n m R e g i o n s Yuhua W a n g , L in gli W a n g ; , ROSTER PRESENTATIONS t t % M o d e l i n g a n d o p t i m i z a t i o n o f w e t sizing process Thai B a Cau, C a o D i n h T h a n h -, t: ■' ' : r r \ , , : F lu x e n h a n c e m c n t o f sep a ratio n M e m b r a n e s by n o n -p lym er-fo rm in g p la sm a trea m en ts T r a n T h i D u n g , M a saa k i S U Z U K I , E ffc c ts o f M e t a l l i c C o b a lt a n d Z in c a d d i t i o n o n th e s t r u c t u r a l a n d c j e c t r o c h c m ic a l b e h a v i o r • —’ '■ ■ • Ill ,63 s ■ o f N ik c l h y d r o x i d e _ I : t ị , t • ( Ki H N g u y e n X u a n , Ch Bertrand, s B e a u q u is a n d Ph G a le z I Jill Ị -J ‘ u lt , , , , 8Q■' » j b /ih f i 1 ,.| i .u D o Tra H u o n g , B ui T ien Trinh, U o n g Van V y f j J A ’i , fli.77 * ■>, C o r r o s io n o f L a N i s t y p e c l c c t r o d c m a t e r ia l in K O I I s o lu tio n / f.-M ■ C r y s t a l S t r u c t u r e a n d S t a b ilit y o f Ba^ C aC ujO g+s : a n c u tr o l s t u d y ' 11,1 F a c to r ia l e x p e r i m e n t a l d e s i g n s in p r e p a r a t io n o f a l g in a t e f r o m b r o w n s é a w e e d s o f ' ‘ , • i | ,c , r* I I T hicri H u e P r o v i n c e /j '* ! : » < J< „ Ill N a n o s l r u c t u r a l o f t h e r m a l l y e v a p o r a t e d b is m u t h l e ll u r id e film 1’ * N g o T h u H u o n g , N g u y e n D in h D u n g , N g u y e n D a n g C uong , D a m T h i'Q u yen , Ta D in h Canh and ' ' " N guyen N g o c L o n g ' • “ J — ■ J|-V ] IK; , 87 ' B T X S e p a r a t i o n S y s t e m D e s ig n u s in g P e t l y u k C o l u m n Ju Y eong Lee, Kyu S u k H w a n g and Y oung Han K im ' " P o ly (v in y I w it h alco h o l)-b a scd so lid p o ly m er c lc c t r o ly t c ' “ ‘ ' l4'*'• ' d eco u p led io n 89 co n d u ctio n m cch an ism Y un-K yung Jo, S o o - K y e o n g J eon g, and N am -Ju Jo I , A new m eth od to co n tro l th e pore d ia m eter co n trib u tio n o f - • ỵ-A1 2O j ,1, 91 N g u y e n Han L o n g , Tron Vinh H oa n g , N g u y e n Van D uy, N g u y e n M in h H ie n , P h a m T h an h H u y e n * I' J «Jill , s>tt iA ? ti A t M c s o p o r o u s m a t e r i a l M C M - c o n t a in in g t r a n s it io n m e t a l o x i d e Z r t h - V j O s : s y n t h e s is a n d ■■ 94 J * !UK- ch a cteriza tio n , 1' ’ Tran Thi N h u M ai, Le Thi H o N a m , N g u y e n Thi Ha 1.1 -.\ẵ ■ [.I S tu d ie s in t h e s y n t h e s is a n d c a t a l y t i c p r o p e r tie s o f M C M - 2 z e o lit e N g o Thi Thuan, Tran Thi N h u M ai, N g u y e n Huu B ao , N g u y e n T hi H a ' ■1' II I - , V n»/| II : 97 !iiiUUc , I ! ’ I I M S tu d y o f c a t a ly t i c o x i d a t i o n o f p r o p y l e n e on th e c a t a ly s t s L a C o O j a n d L a C o O j / M C M - 100 Tran Van N han, Liui X u an Tung, Lc Tlianh Son G r a in b o u n d a r y c f f c c t on c o n d u c t i v i t y o f p c r o v s k it c s C a 0.8sPr0.|5M n | xR u xOj a n a ly z e d by 103 f r a c ta l T c c l i n i q u c P h u n g Q u o c T h a n h , M o a n g N a m N h a t a n d B a c h 'I h a n h C o n g S j n t h c s i s o f Z e o lit e s fr o m c o a l fly a sh a n d t h e ir u p t a k e p r o p e r t ie s o f z in c a m i n ic k e l ions ' * 106 N g u j ' e n Van Noi , T r a n ID]nil T r i n h T r in h T h a n g Tliuy, N g u v c n Q u a n g T r o n g S y n t h e s is o f P o l y c a r b o n a t e s b y C n p o l j m c r i / a t i o n o f C a r b o n D io x id e a n d P h e n y l G ly c id v l 109 E th e r U s in g I o n ic L i Q u i d C a t a l y s t s N a - Y o u n g M u n , K y u n g - M o o n K i m , D a c - W o n Pa rk , II K im EfTcct of cata ly sts on the f o r m a t io n of fivc-m cm l)crc(J c y c lic carbonatc in g l y c id y l 112 m cth a cry la ic and ca rb o n d ioxid e system S a n g - W o o k P a r k , M i - Y o u n g P a r k , B y o u n g - S i k Ch o i , D a c - W o n P a r k , a n d S c o n g - S o o K i m S y n t h e s is a n d C h a r a c t e r i z a t i o n o f M C M - M a t e r ia l 114 L c T h a n h Soil, N g o K i m T h a n h a n d D o a n Van Moil S y n t h e s is o f n a n o s p i n c l C o C r j - j F c j O j (x = 0; I; 2) and th e ir c a t a ly t ic a c t iv it y in c l h y l b c n z c n c 116 d ch y d ro g cn a tio n to styren e Bui D u e M a n h , U o a [ !uu T h u , N g o T h i T h u a n S y n t h e s i z i n g C o r d i c r i t c a n d m u l lit c c c r a m ic s from L a m Donj; k a o lin fo r h e a t e r s u p p o r t o f 118 c c r a m i c k iln P h a n Van T u o n g , N g l n c m X u at i Tilling, Vu T h i I lai Yen, T T Lien, N g u y e n Van N g o c 120 T h e s t u d y on h ig h d i s p e r s i o n a n d p u r e c c r i u m d io x id e p r e p a r a t io n N g u y e n D i n h D a n g , Lc M i n h T u a n T h e O p t i m a l C o m p o s i t i o n o f M a t e r i a l s fo r th e S y n t h e s is o f B la c k P i g m e n t f o r C c r a m i c T ile 122 T ech n ology Phan Van T u o n g , N g u y e n T r o n g N g h i a , T h a i B a C a u P r e p a r a t io n o f lo w t e m p e r a t u r e C o r d ie r i t c c e r a m ic s by c o - p r c c ip it a t io n p r o c c s s a n d its 124 e le c t r o n ic p r o p e r tie s P h a n Van T u o n g , N g o Si L u o n g , T r an N g o c T u ye n , P h a n Thi H o a n g Oanh A N ew M cch a n ism * in 127 patina formed on sheltered and unsheltered C opper in the 129 about P rep a rin g N a n n p n r o u s s ilic a w ith A ctiv a ted C arbon M o ld S u p ercritical C Q u n X u K u n l u n D i n g , L i u m i n Me, J i a n b o Li, Yi q u n G u o , i l aij uan F a n Composition of C opper south of Vietnam T r a n T h i N g o e L a n , V T s u j i n o M Y o k o i, Y M a e d a N A N O STRU C TUR AL OF TH ERM ALLY E V A P O R A T E D B ISM U T H T E L L U R ID E F IL M N ro Thu Huong1,2 Nguyen Dinh Dung2, Nguyen Dang Cuong2, Dam Thi Quyen2, Ta Dinh Canh2 and Is(guyen Ngoc Long2 ‘Japan Advanced Institute o f Science and Technology 2Faculty o f Physics, Hanoi University o f Science, Vietnam National University Introduction Re c en t l y, t h e r e h a s b e e n m u c h i nt er es t in the f a b r i c a t i o n o f o n e d i m e n s i o n a l nano-m aterials The t h e rm o e le c tr i c m a t e r i a l s a r e a l s o o f i n t er est f or a p p l i c a t i o n s in c o o l i n g a n d e l e c t r i c a l p o w e r generation devices B i s m u t h t e l l u r i de ( B i 2T e 3) c o m p o u n d s are w i d e l y u s e d as t h e r m o e l e c t r i c m a t e r i a l s for e lec tr o n ic devices T h e c r y st a l s t r u c t u r a l o f B i 2T e c o m p o u n d s is l a y e r e d h e x a g o n a l and its alloys are ve r y im portant room t e m p e r a t u r e t h e r m o e l e c t r i c s e m i c o n d u c t o r s T h e f i g u r e of me r it, T = ( o ? o /k ) T , o f the best B i 2T e alloys, is a b o u t unit, w h e r e a is t h e S e e b e c k c o e f f ic i en t, ¿ r a n d a : are the electric a n d thermal c o n d u c tiv ity , respect ively [1], M a n y e f f o rt s h a v e b e e n m a d e in o r d e r to i m p r o v e t h e the r m o e le ctr ic properties o f these com pounds by d o p i n g a n o t h e r e l e m e n t s It w a s f o u n d that the ZT c o u ld b e sig n ific a n tly e n h a n c e d i f the materials w e r e n a n o s t r u c t u r e d [2], In t hi s w o r k , w e r e p o r t a b o u t t he n a n o s t r u c t u r e and the i n f l u e n c e o f t h e s u b s t r a t e t e m p e r a t u r e on the crystailinity o f a B i 2T e 'film, w h i c h w a s p r e p a r e d b y a t h e r m a l e v a p o r a t i o n Experiments T h e B i 2T e ingot w a s p r e p a r e d b y the m e l t i n g p r o c e s s b y t h r e e t i m e s f r o m t h e h i g h p u r i t y ( 9 9 % ) Bi and T e met al s T h e s y n t h e s i s B i 2T e f i l ms w a s c a r ri e d o u t in a h o r i z o n t a l t u b e f u r n ac e T h e m i x e d p o w d e r o f B i 2T e a n d % wt o f C w a s p u t o n a q u a r t z b o a t at t he c e n t e r p ar t o f t h e f u r n a c e , w h e r e t h e t e m p e r a t u r e , p re ss ur e a n d e v a p o r a t i o n t i m e w e r e wel l c o nt r o ll e d T h e t h e r ma l e v a p o r a t i o n o f t h e m i x e d B i 2T e 3+ % wt.C p o w d e r s o u r c e w a s t h e n c a r r i e d o ut at 1000 °C for m i n in A r gas A f t e r c o o l i n g d o w n , a l a y e r o f mat er ial s w a s f o u n d o v e r t h e s u r f a c e o f t he ( 1 ) Si s ub st r a te T h e c r y s t a l s t r u c t u r e o f t h e s y n t h e s i z e d s a mp le s w a s c h a r a c t e r i z e d b y a S i e m e n s D 0 X R D d i f f r a c t o m e t e r a n d a J E O L - J S M L V s c a n n i n g e lectr on m i c r o s c o p y ( S C M ) , r e s p e c t i v e l y Results anti discussion F i g u r e s h o w s the • XRD p a t t e r n s o f the B i 2T e s a m p l e W e h a v e c o m p a r e d t h e X R D p a t t e r n s o f o u r f a b r i ca t e d s a m p l e s w i t h t he s i m u l a t i o n X R D p a t t e r ns o f B i 2T e T h e lattice p a r a m e t e r s w e r e d e t e r m i n e d by­ us i ng t he R i e t a n - 0 R i e l v e l d a n a l y s i s s o f t w a v e a nd the result s s h o w t h a t o u r s a m p l e is s i n g l e p h a s e w it h the lattice c o n s t a n t s ol ) F i g 2: T h e S H M i m a g e s o f H i / I C3 films: a) at °C a n d b) at 5 "C Conclusions The structural properties o f Di2 l e f i lm p r e p a r e d by t h e t h e r ma l e v a p o r a t i o n w e r e i nv e s t i g a t e d The n a n o - w i d t h w i t h an a v e r a g e siz e o f a bo u t 120 n m s b e e n o b s e r v e d at t h e s u b s t r a t e t e m p e r a t u r e o i a b o u t 5 °C Acknowledgments T h e a u t h o r s w o u l d like to t h a n k T h e N a t u r a l S c i e n c e C o u n c i l o f V i e t n a m for f i n a n c i a l s u p p o r t ( u n d e r C o d e N ° 1 ) W e a ls o a c k n o w l e d g e t he C e n t e r for M a t e r i a l s S c i c n c c , H a n o i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e for its p e r m i s s i o n to u s e e q u i p m e n t s References F J Di sa lv o , Sc ie nc e 285 ( 9 ) 703 X B Zh a o, X II Ji, Y II Z h a n g , T J Zhu, J V Zhang, Appl ied Physics Fe tte rs 86, - 86 - (2005)062111 Báo cáo H ội nghị Vật lỷ toàn quốc lần thử VI, Hà Nội 23-25/11/2005 ẢNH HƯỞNG CỦA CHÉ Đ ộ CƠNG NGHỆ TỚI s ự HÌNH THÀNH DÂY NANO Bi2Te3 Ngỏ Thu Hương* Nguyễn Đình Dũng, Đàm Thị Quyên, Tạ Đình Cảnh Nguyễn Ngọc Long K hoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tóm tắt: Cơrig nghệ chế tạo dây nano sờ vật liệu Bi2Te3 nghiên cứu Các dây nano Bi2Te3 chế tạo thành công băng phương pháp bôc bay nhiệt Hỗn hợp BỈ2Te3 graphit dùng làm vật liệu ban đầu Vật liệu nguồn phải đốt nóng đến nhiệt độ vào cỡ 1000 °c, nhiệt độ đế ~ 550 °c Các dây nano có đường kính từ 60 nm đến 200 nm chiều dài vài chục //m Báo cáo trình bày ảnh hưởng chế độ cơng nghệ đến hình thành cấu trúc nano chiều Bi2Te3 Từ khoá: Bổc bay nhiệt, Dây nano, Bi2Te3 MỞ ĐÀU Vật liệu có kích thước nano loại vật liệu nghiên cứu mạnh thời gian gần phịng thí nghiệm tiên tiến đại giới Vật liệu nhiệt điện loại vật liệu đặc biệt quan tâm việc ứng dụng chúng làm linh kiện điện lạnh linh kiện máy phát nhiệt điện Vật liệu Bi2Te3 chất bán dẫn nhiệt điện, có cấu trúc lục giác vật liệu có nhiều hứa hẹn cho phép mở rộng phạm vi ứng dụng hiệu ứng nhiệt điện vào sống [1, 2], Hệ số phẩm chất Z T mội thông số quan trọng Theo tác giả [3], tích số ZT tăng lên, vật liệu cc cấu trúc nano Trong báo cáo này, cb ú n g lơ i trình bày ảnh hường chế độ C" '•o nghệ đến tính chất cấu trúc màng i^i2Te3 chế tạo phương pháp bốc báy nhiệt mơi trường khí Ar THỰC NGHIỆM Các màng B i2Te3 chế tạo từ hai nguồn vật liệu ban đầu khác nhau, từ hỗn hợp kim loại Bi Te có độ cao pha trộn theo t? lệ hợp phần 2:3 từ Bi2Te3 nung nóng chảy Bột cùa hai nguồn vật liệu ban đầu trộn với % trọng lượng graphit, sau đặt thuyền thạch anh, thuyền đặt phần lị ống, mà nhiệt đơ, áp suất khí Ar thời • )N gơ Thu Hương email: huongnt kvl@vnu.edu vn: Tel 04-8584069, Fax: 04-8484069 Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 gian giừ nhiệt điều khiển Quá trình bốc bay nhiệt để tạo màng Bi2Te3 thực lị có nhiệt độ 900°c, 1000°c với thời gian giừ nhiệt 15 phút, 30 phút 60 phút Màng tạo thành trình bốc bay bám đế silic (Si) định hướng ( 111), đế đặt vị trí có nhiệt độ khác khoảng nhiệt độ từ 550°c, 650°c 900°c cấu trúc tinh thể hình thái mẫu màng tạo thành xác định nhiều xạ tia X (XRD) nhiễu xạ kế Bruker D5005 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) máy JEOL JSM5410LV KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Màng tạo từ hỗn hợp Bi, Te kim loại Hình phổ XRD màng Bi2Te3 tạo từ hỗn hợp £c kim loại Bi, Te Từ phổ XRD 50- cho thấy rõ mẫu khơng đơn pha £tít Khi so sánh với phổ chuẩn £ oh Te, Bi2Te3 thấy đỉnh - c 01 Bi,Te, Bl,Tf » I I I ; II Te trùng với đỉnh -50 phần nhỏ tilt M t ỉI II I rl 40 * I1 > IKI I I II " 60" 26 (degree) Te Do pha Te pha chính, cịn pha BÍ2Te3 chiếm ĩí I ỉí Hình ỉ Phổ XRD cùa màng Bi?Te3 Chế tạo từ hỗn hợp kim loại Bi, Te Kết phép phân tích Rietveld tỷ lệ phần trăm khối lượng pha Te:BỈ2Te3 = 80:20 Điều cho thấy có phẩn nhỏ Bi2Te3 tạo thành từ q trình bốc bay Ket hồn tồn phù hợp với kết phân tích nhiệt chúng tơi thực Hình 2a,b ảnh SEM màng bốc bay chế độ nhiệt 1000°c, thời gian giữ nhiệt 30 phút M àng gồm có tiết diện đổi xứng hình lục giác, xếp theo hướng định, cấu trúc giống VỚI cấu trúc đơn tinh thể Te kim loại chế tạo điều kiện (hình 2c) Hình Ảnh SE M cùa màng bốc bay chế độ nhiệt T nhiêt đô đế ỉà 550C, = Ỉ000C, í = 30 phút, a, b) màng Bi2Te? từ kim loai Bi, Te; c) màng cùa Te kìm loại ~ uểc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 3.2 Màng Bi2Tẹj tạo thành từ B i2Te3 nung nóng chảy Từ kết nghiên cứu phần trên, chúng tơi tìm cách thay đổi nguồn vật liệu ban đầu để tạo màng đơn pha'và nghiên cứu ảnh hường chế độ cơng nghệ tới tính chất cấu trúc chúng -1 -— Hình phổ XRD cùa mẫu màng ? chế tạo từ Bi2Te3 nung I ■ i - - - Õ o i.J nóng chảy Khi so sánh phổ mẫu i màng chế tạo vó'i phổ mẫu Bi2Te3 f chuẩn, ta thäy tất ả đinh xuất phù hợp ihau Hằng số mạng in el _ _ j i L J ^ * «m pte a ^ A A 643T»3 simulator »._J . _ í[ _ _ - -« 10 Ả jẤ 20 * —-L - -J. - _i_ - - _ 20 (defl ) xác định nhờ phân tích Rietveld, kết cho thấy mẫu đơn pha với Hình PhổXRD mẫu màng chế giá trị số mạng a = 4.3778 Ả tạo từ Bi2Te3 nung nóng chảy and c = 30.4421 Ả (T = 1000 °C; t = 30phút, Tđế = 55Ớ °C) Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu màng chế độ khác trình bày hình 4, Khi nhiệt độ chỗ đặt vật liệu nguồn là900 °c, nhiệt độ đế Si 550 °C} đế xuất dây nano mảnh, có đường kính 200 nm dài vài chục micromét, mật độ chưa cao (hỉnh 4a), đế đặt nhiệt độ 650 °c cấu trúc hạt lại xuất Điều cho thấy nhiệt độ cao nhiệt ớộ nóng chảy Bi2Te3, vật liệu lại kết tinh dạng cấu trúc hạt thông thường H ìrh Ảnh SEM màng BÍ2 Ĩe T = 900 °C; t ' a) Tđế = 550 °C; b) T¿¿ = 650 - 30 phút °c Khi nhiệt độ c^a vật liệu nguồn 1000 °c, thời gian giữ nhiệt 30 phút, sản phẩm thu trén đế có nhiệt độ khác hồn tồn khác (hình 5) Khi nhiệt độ đế Tdê = 550 °c, sản phẩm thu đế chủ yếu dây nano có đường kính từ 60 nm đến 200 nm chiều dài vài chục //m (hình 5a) Khi nhiệt độ đế tăng lên đến 650 °c, đế khơng hình thành dây nano, mà tương tự hình thằnh hạt tinh thể có kích thước cỡ từ đến micromét (hình 5b c) Từ kết trên, rút kết luận muốn chế tạo - - 1- — ■ quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 dây nano Bi2Te3, phải dùng hỗn hợp Bi2Te3 graphit làm vật liệu ban đầu Vật liệu nguồn phải đốt nóng đến nhiệt độ vào cỡ 1000 °c, nhiệt độ đế ~ 550 °c Hình Ảnh SEM cùa màng Bi2Te3 T = 1000 °C; t = 30 phút a) Tđể = 550 C; b, c) Tđé = 650 °c KÉT LUẬN Các dây nano S i2Te3 chế tạo thành công phương pháp bốc bay nhiệt Hỗn hợp B i2Te3 graphit dùng làm vật liệu ban đầu Vật liệu nguồn phải đốt nóng đến nhiệt độ vào cỡ 1000 °c, nhiệt độ đế ~ 550 °c Các dây nano Bi2Te3 đirợc tạo có đường kính từ 60 nm đến 200 nm chiều dài vài chục micromét ' Lời cảm ơn Cơng trình, đưự: tài trợ Hội đồng Khoa học Tự nhiên, Bộ Khoa học Công nghệ (Chương trinn Khoa hoc Công nghệ Nano, đề tài mã số 81 ỉ 304) vá đề tài KHCN mã số QT-05-12 Các tác giả chán thành cám ơn Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội cho phép sử dụng thiết bị TÀI L Ệ U THAM KHẢO [1] F J Disalvo, Science 285 (1999) 703 [2] D.M Rowe et al., Journal o fp o w er Sources 73 (1998) 193-198 [3] X B Zhao, X H Ji, Y H Zhang, T J Zhu, J p Zhang, Applied Physics Letters 86 (2005)062111 A b stract: Synthesis o f the nanowires based on bismuth telluride (Bi2Te3) compounds W eis if.vestigstcd Bi2T©3 nanowircs have been successfully fầbnc3tcd by a thermal evaporation method A mixture of Bi2Te3 and graphite was used as the starting material The source materials were annealed up to 1000 °C; the substrate temperature was o f about 550 °c The nanowires have diameters ranging from 60 to 200 nm, lengths of up to several tens o f micrometers This report presents the influence o f the technology conditions on the formation o f the Bi2Te3 one-dimensicnal nanostructures ... để nghiên cứu tính chất: - N ghiên cứu tính chất cấu trúc (Phổ X RD , SEM) - N ghiên cứu tính chất điện (phép đo điện trở suất, phép đo hệ số Sêbeck, phép đo H all) - N ghiên cứu tính chất quang. .. pha Bi2 Te Chính điều lý việc bù thêm lượng Te dư tổng hợp chất Bi2 Te3 xem ỉà pha tạp Te vào hợp chất Bi2 Te , nghĩa ỉà không làm thay đổi cấu trúc pha Như việc bù thêm Te vào hợp chất Bi2 Te3 khắc... banđ) cách vùng hoá trị khoảng AE =0.25m eV Tính tốn lý thuyết Eg=0.1 le V [6-8 ] 1.4.3 Tính chất nhiệt điện vật liệu Bi2 Te3 Rất nhiều nhóm nghiên cứu nghiên cứu tính chất nhiệt điện vật liệu Bi2 T