Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển vƣợt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu
vật liệu mới cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã mở ra những ứng dụng to
lớn của ngành Khoa học Vật liệu trong đời sống. Một trong những vật liệu thể hiện
các tính chất điện, từ và các hiệu ứng vật lý lý thú đƣợc nghiên cứu rộng rãi trên thế
giới cũng nhƣ trong nƣớc đó là vật liệu có cấu trúc perovskite. Từ lâu, ngƣời ta đã
biết đến hợp chất perovskite với cấu trúc ABO3 nhƣ một vật liệu có hằng số điện
môi cao, tính sắt điện mạnh (BaTiO3, PZT,...). Gần đây, ngƣời ta lại chú ý đến các
perovskite trong đó vị trí A là các nguyên tố đất hiếm và vị trí B là các kim loại
chuyển tiếp nhƣ LnCoO3, LnMnO3, LnFeO3..., khi một phần ion Ln (nguyên tố đất
hiếm) hay Mn, Co đƣợc thay thế bằng các ion có hóa trị thấp hơn hay cao hơn thì
trong chúng xuất hiện trạng thái hỗn hợp hóa trị (Mn3+/Mn4+, Co3+/Co4+ hay
Fe3+/Fe4+), cấu trúc bị sai lệch, dẫn đến xuất hiện một số hiệu ứng vật lý quan trọng
nhƣ: hiệu ứng từ điện trở lớn (Gaint Magneto Resistance – GMR), từ nhiệt lớn
(Collosal Magneto Caloric Effect – CMCE); hứa hẹn nhiều ứng dụng trong ngành
điện tử, thông tin, vô tuyến viễn thông, làm lạnh từ không gây ô nhiễm. Bên cạnh
đó, các vật liệu perovskite biến tính, ngoài hai hiệu ứng kể trên, còn thể hiện hiệu
ứng nhiệt điện. Việc tìm kiếm các nguồn năng lƣợng mới, sạch, thân thiện với môi
truờng, đáp ứng cho nhu cầu sử dụng năng lƣợng là vấn đề cấp thiết hiện nay.
Trong xu hƣớng tìm các nguồn năng lƣợng sạch thay thế các nguồn năng lƣợng hóa
thạch đang ngày càng cạn kiệt dần nhƣ sử dụng sức gió (máy phát điện sức gió), sức
nƣớc (thủy điện lớn, nhỏ), sức nóng mặt trời (pin mặt trời); ngƣời ta đã chú ý đến
việc sử dụng các nguồn nhiệt dƣ thừa trong công nghiệp (luyện kim, hóa chất…)
bằng quá trình vật lý chuyển năng lƣợng nhiệt thành năng lƣợng điện nhờ vật liệu
có hiệu ứng nhiệt điện cao, trên cơ sở đó nghiên cứu xây dựng các trạm phát điện,
các điện cực sử dụng ở nhiệt độ rất cao (hàng ngàn độ C)… Một trong các loại vật
liệu nhiệt điện đó là vật liệu có cấu trúc perovskite nền CaMnO3, LaFeO3 đƣợc biến
tính khi thay thế một phần ion Ca2+, ion Mn4+ bằng các ion khác nhƣ ion nguyên tố
đất hiếm (La, Y, Nd, Pr,...), nguyên tố kim loại chuyển tiếp (Fe, Ni, Co,...). Các ion
nguyên tố đất hiếm có lớp vỏ ngoài cùng 4f không đầy, với một kích thích nhỏ các
electron có thể nhảy từ lớp 4f sang lớp 5d; còn các ion nguyên tố kim loại chuyển
tiếp là các ion đa hóa trị; nên khi biến tính pha tạp hai loại ion này vật liệu thƣờng
bị sai lệch cấu trúc, xuất hiện trạng thái hỗn hợp hóa trị dẫn đến sự thay đổi các tính
chất điện, từ đặc trƣng. Chính vì thế, loại vật liệu nhiệt điện này đã đƣợc các nhà
khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu nhằm tạo ra vật liệu gốm nhiệt điện có
hiệu ứng nhiệt điện lớn ở nhiệt độ cao, hệ số nhiệt điện lớn, phẩm chất cao có thể
đƣa vào ứng dụng. Tuy nhiên, về mặt nghiên cứu cơ bản các tính chất vật lý khác
của vật liệu perovskite biến tính nói chung và vật liệu perovskite nhiệt điện nói
riêng nhƣ cơ chế dẫn điện, tính chất từ còn chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều.
Tại Việt nam, từ năm 2002, trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu khoa học với
Viện nghiên cứu tiên tiến về Khoa học và Công nghệ của Nhật bản (JAIST), khoa
Vật lý trƣờng đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội đã triển khai
hƣớng nghiên cứu đồng thời tính chất từ và điện của loại vật liệu nhiệt điện có cấu
trúc perovskite. Các nghiên cứu thƣờng tập trung vào vật liệu LnMnO3, CaMnO3
với các hiệu ứng từ điện trở, từ nhiệt. Hiệu ứng nhiệt điện cũng đƣợc nghiên cứu
trên họ vật liệu này nhƣng chỉ khảo sát đƣợc hệ số Seebeck ở nhiệt độ phòng. Việc
khảo sát các thông số nhiệt điện theo nhiệt độ, đặc biệt ở nhiệt độ cao, gặp nhiều
khó khăn do trong nƣớc chƣa có hệ đo hoàn chỉnh.
Vì những lý do nhƣ trên, chúng tui chọn đề tài "Nghiên cứu tính chất điện, từ
của một số perovskite nhiệt điện" với mục đích:
- Chế tạo các mẫu có cấu trúc perovskite nền CaMnO3 và LaFeO3 pha tạp các
nguyên tố nhƣ La, Fe, Y, Nd... ở các vị trí khác nhau. Mẫu nghiên cứu có dạng
khối, màng mỏng và bột có kích thƣớc nanomet.
- Xây dựng hệ đo và thực hiện phƣơng pháp nghiên cứu tính chất nhiệt điện ở
vùng nhiệt độ cao.
- Khảo sát cấu trúc, đánh giá độ đồng nhất của mẫu đƣợc chế tạo. Nghiên cứu
có tính hệ thống và giải thích các hiệu ứng điện và từ trên cơ sở các lý thuyết về bán
dẫn, từ học và các quá trình hoá học.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của tính chất bề mặt đến tính chất từ của mẫu bột
nano đồng thời nghiên cứu định hƣớng ứng dụng: Chế tạo cảm biến nhạy hơi cồn và
vật liệu multiferroic đồng thời có tính sắt từ, sắt điện trên cơ sở sử dụng hệ vật liệu
nano LaFeO3 (pha tạp Nd, Y).
Cấu trúc của luận án gồm:
Lý do chọn đề tài đƣợc trình bày trong phần mở đầu. Chƣơng một giới thiệu
tổng quan về vật liệu perovskite với các tính chất nhiệt điện và tính chất từ của
chúng. Các phƣơng pháp chế tạo mẫu và kỹ thuật thực nghiệm đo đạc tính chất
điện, từ đƣợc sử dụng để nghiên cứu luận án đƣợc trình bày trong chƣơng hai. Các
kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong hai chƣơng cuối. Trong đó,
chƣơng ba đề cập đến việc xây dựng hệ đo để khảo sát tính chất nhiệt điện của hệ
vật liệu CaMnO3 pha tạp Y, Fe trong vùng nhiệt độ cao, đồng thời giải thích tính
chất nhiệt điện của hệ vật liệu trên quan điểm tán xạ hạt tải trong chất bán dẫn.
Chƣơng ba còn thảo luận về tính chất từ trong vùng nhiệt độ thấp của hệ vật liệu
này. Các kết quả nghiên cứu của luận án về tính chất, điện từ của hệ vật liệu LaFeO3
pha tạp Y, Nd dạng khối và dạng bột nano đƣợc trình bày trong chƣơng bốn,
chƣơng này cũng trình bày các kết quả ứng dụng vật liệu nano perovskite LaFeO3
pha tạp Y, Nd để chế tạo cảm biến nhạy hơi cồn và chế tạo vật liệu multiferroic
đồng thời có tính chất sắt điện, sắt từ. Phần kết luận tóm tắt lại các kết quả nghiên
cứu của luận án. Cuối cùng là tài liệu tham khảo và danh sách các công trình công
bố trên các tạp chí, tham gia hội nghị khoa học trong và ngoài nƣớc liên quan đến
nội dung luận án.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh
1. Ahmed Mohamed 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.
zS8Vj3EL7lUgnv7
