Sau khi tìm ra thế lắng đọng của Bi2Te3, sử dụng thiết bị lắng đọng điện hóa tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp – ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội để lắng đọng màng Bi2Te3 ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Dung dịch EG chứa 0,05 M Bi(NO3)3, 0,05 M TeCl4 và 0,05 M LiClO4 được sử dụng để lắng đọng trên đế vàng. Mọi thiết bị thực nghiệm đều được làm sạch đúng kỹ thuật trước khi lắng đọng. Hóa chất sử dụng có độ tinh khiết cao (> 99%), thời gian lắng đọng 300 s. Các màng sau khi lắng đọng được làm sạch bằng nước cất, nhằm loại bỏ dung dịch EG khỏi bề mặt.
Thành phần màng Bi2Te3 được đo bằng phổ tán sắc năng lượng (EDS) được trình bày trong bảng 4.1. Trong đó, thành phần tổng cộng của màng tỷ lệ vàng cao, phần còn lại tập trung 2 loại vật liệu Bi và Te theo tỷ lệ:
Nhiệt độ Thế lắng đọng (V) vs. SCE Nguyên tố (%) Bi Te 250C - 0,25 Chưa hình thành màng 500C - 0,25 12,84 87,16 700C - 0,25 3,26 96,74
Bảng 4.1.Thành phần cấu tạo của màng Bi2Te3 được xác định bằng EDS.
Kết quả đo ở bảng 1 cho thấy, tại nhiệt độ phòng màng chưa được hình thành. Ở cả hai nhiệt độ 50oC và 70oC màng đều cho tỷ lệ Te chiếm đa số. Tuy nhiên, điều đáng khả quan là các màng đều đã được hình thành và chứa hai loại vật liệu như mong muốn. Ở nhiệt độ 50oC thành phần màng có xu hướng đạt thành phần gần như hợp thức. Tôi sử dụng kết quả tạo màng ở 50oC để đo nhiễu xạ tia X.
Hình 3.16. Phổ EDS của màng Bi2Te3 được lắng đọng tại thế - 0,25 V, nhiệt độ 500C trên đế vàng.
Hình 3.17. Phổ EDS của màng Bi2Te3 được lắng đọng tại thế - 0,25 V, nhiệt độ 700C trên đế vàng.
Các kết quả phân tích EDS cho thấy trong màng lắng đọng Bi2Te3 có chứa Bi, Te và một số nguyên tố khác: Au, O, Si. Sự có mặt của Au, O, Si trong mẫu màng Bi2Te3 là do lớp đế làm bằng thủy tinh, bề mặt được phủ một lớp vàng.
Kết quả nhiễu xạ X-Ray
Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy màng lắng đọng chưa hình thành được tinh thể Bi2Te3. Điều này có thể được giải thích bởi nguyên nhân: màng lắng đọng cần được xử lý nhiệt trước khi thực hiện phép đo, nhằm tăng khả năng kết tinh của tinh thể Bi2Te3. Ngoài ra, do màng lắng đọng chưa đủ dày, khi thực hiện phép đo nhiễu xạ tia X chỉ có khả năng phân tích màng Au.
Như vậy, kết quả nhiễu xạ tia X cho ta thấy màng lắng đọng chưa hình thành được tinh thể Bi2Te3. Việc tạo được màng tinh thể Bi2Te3 còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như ủ nhiệt, thời gian lắng đọng … Tuy nhiên, màng lắng đọng đã tồn tại 2 loại nguyên tố Bi và Te mà chúng tôi mong muốn được bằng phương pháp lắng đọng điện hóa. Đây là một phương pháp phù hợp cho việc lắng đọng màng tinh thể Bi2Te3.
KẾT LUẬN
Nhóm bước đầu nghiên cứu về vật liệu nhiệt điện bằng phương pháp điện hóa. Các kết quả đạt được trong quá trình làm luận văn tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp như sau:
Các muối Bi(NO3)3 và TeCl4 đã được hòa tan trong dung dịch Ethylene glycol. Thông qua phép đo Vol-Ampe vòng chứng minh được Ethylene glycol là một dung môi thích hợp cho việc lắng đọng điện hóa. Hòa tan LiClO4 vào dung dịch Ethylene glycol có chứa Bi(NO3)3 và TeCl4 giúp tăng khả năng dẫn điện của dung dịch lên 10 lần. LiClO4 là một chất tạo phức thích hợp để bổ sung vào dung dịch trong quá trình lắng đọng điện hóa màng Bi2Te3.
Điện cực làm việc đối với dung dịch Bi(NO3)3 là điện cực trơ trong các phản ứng hóa học. Điện cực vàng (Au) được sử dụng cho thấy hiệu quả tốt.
Sử dụng phương pháp Vol-Ampe vòng đưa ra thế lắng đọng của dung dịch chứa Bi(NO3)3,TeCl4 và LiClO4 cỡ - 0,25 V. Nghiên cứu sự phụ thuộc của thành phần theo nhiệt độ của dung dịch lắng đọng. Nhiệt độ thích hợp để lắng đọng là 50oC.
Như vậy, bước đầu màng Bi2Te3 đã có được các thành phần Bi và Te, giải quyết được khó khăn trong việc lựa chọn thế lắng đọng. Phương pháp lắng đọng điện hóa một bước được sử dụng cho thấy phù hợp với việc lắng đọng Bi2Te3. Những nghiên cứu sâu hơn là cần thiết để có những hiểu biết rõ ràng hơn về điện hóa cũng như để cải thiện hình thái học của mẫu Bi2Te3.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt1. Ngô Đình Sáng (2013), Mô phỏng vật lý linh kiện, chế tạo và khảo sát tính
chất một số lớp chính của pin mặt trời thế hệ mới trên cơ sở màng mỏng CIGS , luận án tiến sỹ Vật lý, Trường Khoa học Tự Nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội.
2. Ngô Thu Hương (2005), Chế tạo và nghiên cứu các tính chất Điện và Quang
Bi – Te, Đề tài NCKH. QT.05.12
Tiếng Anh
3. Cengel YA, Boles MA. (2008), “Thermodynamics: An engineering
approach”. 6th ed. McGraw-Hill press, New York, 623-652.
4. Chen L, Li J, Sun F, Wu C. ( 2005), “Performance optimization of a two-
stage semiconductor thermoelectric-generator”, Appl Energy; 82:
300-312.
5. Fleurial, J.-P., Ryan, M.A., Borshchevsky, A., Phillips, W., Kolawa, E.A., Snyder, G.J., Caillat, T., Kascich, T., Mueller, P. (2002): US20026388185.
6. Glatz W, Muntwyler S, Hierold C. (2006), “Optimization and fabrication
of thick flexible polymer based micro thermoelectric generator”,
Sens Actuators; 132: 337-345.
7. 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
8. 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,
9. 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: 1521-
1524.
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-of-
merit 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
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
