Cấu trúc tinh thể và tính chất nhiệt điện của vật liệu filled skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu cấu trúc tinh thể và tính chất nhiệt điện của vật liệu filled skutterudite Ce0.6Fe2Co2Sb12, mang lại hiểu biết sâu sắc về ứng dụng.

• Tác giả: Phạm Thị Hồng Huế
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Thị Kim Anh
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Vật Lý Nhiệt
• Đề tài: Cấu Trúc Tinh Thể Và Tính Chất Nhiệt Điện Của Vật Liệu Filled Skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NHIỆT ĐIỆN VÀ MỘT SỐ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT NHIỆT ĐIỆN
• 1.1. Lịch sử phát triển của vật liệu nhiệt điện
• 1.2. Cấu trúc và tính chất của CoSb3
• 1.3. Cơ sở lý thuyết về tính chất nhiệt điện
• 1.3.1. Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện
• 1.3.2. Hiệu ứng Seebeck
• 1.3.3. Hiệu ứng Peltier
• 1.3.4. Hiệu ứng Thomson
• 1.4. Các tính chất nhiệt điện cơ bản
• 1.4.1. Hệ số Seebeck (S)
• 1.4.2. Hệ số phẩm chất của vật liệu nhiệt điện (ZT)
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo mẫu
• 2.2. Chuẩn bị mẫu
• 2.3. Các phép đo thực nghiệm
• 2.3.1. Nhiễu xạ bột tia X (XRD)
• 2.3.2. Đo hệ số Seebeck theo áp suất
• 2.3.3. Đo điện trở suất theo áp suất
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu filled skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12
• 3.2. Tính chất nhiệt điện của vật liệu
• 3.3. Sự phụ thuộc của hệ số Seebeck và điện trở suất vào áp suất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cấu trúc và tính chất nhiệt điện của skutterudite Ce0 6Fe2Co2Sb12

Vật liệu skutterudite, đặc biệt là Ce0,6Fe2Co2Sb12, đã thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu vật liệu nhiệt điện. Cấu trúc tinh thể của skutterudite này mang lại những tính chất nhiệt điện đặc biệt, hứa hẹn ứng dụng trong công nghệ chuyển đổi năng lượng. Cấu trúc của skutterudite được đặc trưng bởi sự sắp xếp của các nguyên tử kim loại và pnicogen, tạo ra một mạng lưới phức tạp giúp tối ưu hóa hiệu suất nhiệt điện.

1.1. Cấu trúc tinh thể của skutterudite Ce0 6Fe2Co2Sb12

Cấu trúc tinh thể của Ce0,6Fe2Co2Sb12 thuộc nhóm không gian Im3, với các nguyên tử Co và Fe nằm ở vị trí 8c, trong khi nguyên tử Ce chiếm vị trí 2a. Sự hiện diện của nguyên tử Ce trong cấu trúc này giúp giảm độ dẫn nhiệt, đồng thời cải thiện tính dẫn điện của vật liệu. Cấu trúc này cho phép các nguyên tử đất hiếm dao động, tạo ra hiệu ứng làm giảm độ dẫn nhiệt mạng.

1.2. Tính chất nhiệt điện của vật liệu skutterudite

Tính chất nhiệt điện của Ce0,6Fe2Co2Sb12 được đánh giá qua hệ số Seebeck, độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt. Hệ số phẩm chất ZT của vật liệu này cho thấy khả năng chuyển đổi nhiệt thành điện năng hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng giá trị ZT có thể đạt được trên 1, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị nhiệt điện.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu vật liệu skutterudite

Mặc dù skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12 có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc tối ưu hóa tính chất nhiệt điện của nó. Các vấn đề như độ dẫn nhiệt cao và sự không đồng nhất trong cấu trúc có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của vật liệu. Việc nghiên cứu và cải thiện các yếu tố này là cần thiết để phát triển các ứng dụng thực tiễn.

2.1. Độ dẫn nhiệt cao và ảnh hưởng đến hiệu suất

Độ dẫn nhiệt cao của skutterudite có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện. Việc tìm kiếm các phương pháp để giảm độ dẫn nhiệt mà không làm giảm tính dẫn điện là một thách thức lớn trong nghiên cứu vật liệu này.

2.2. Sự không đồng nhất trong cấu trúc

Sự không đồng nhất trong cấu trúc của skutterudite có thể dẫn đến sự phân bố không đồng đều của các hạt tải, ảnh hưởng đến tính chất điện của vật liệu. Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện tính đồng nhất trong quá trình tổng hợp.

III. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất nhiệt điện

Để nghiên cứu cấu trúc và tính chất nhiệt điện của skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12, các phương pháp thực nghiệm như nhiễu xạ tia X (XRD) và đo hệ số Seebeck được áp dụng. Những phương pháp này giúp xác định cấu trúc tinh thể và các tính chất điện của vật liệu một cách chính xác.

3.1. Nhiễu xạ tia X XRD trong nghiên cứu cấu trúc

Phương pháp XRD được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của Ce0,6Fe2Co2Sb12. Kết quả từ XRD cho thấy cấu trúc tinh thể của vật liệu này phù hợp với mô hình skutterudite, cho phép xác định các thông số mạng và vị trí của các nguyên tử trong cấu trúc.

3.2. Đo hệ số Seebeck và tính chất điện

Hệ số Seebeck được đo để đánh giá khả năng chuyển đổi nhiệt thành điện của vật liệu. Kết quả cho thấy rằng Ce0,6Fe2Co2Sb12 có hệ số Seebeck cao, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị nhiệt điện.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu skutterudite Ce0 6Fe2Co2Sb12

Vật liệu skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực năng lượng, đặc biệt là trong các thiết bị chuyển đổi nhiệt điện. Với khả năng chuyển đổi nhiệt thành điện hiệu quả, vật liệu này có thể được sử dụng trong các hệ thống thu hồi nhiệt thải từ công nghiệp hoặc trong các thiết bị làm lạnh nhiệt điện.

4.1. Ứng dụng trong hệ thống thu hồi nhiệt

Ce0,6Fe2Co2Sb12 có thể được sử dụng trong các hệ thống thu hồi nhiệt thải, giúp chuyển đổi năng lượng nhiệt dư thành điện năng, từ đó nâng cao hiệu suất năng lượng trong các quy trình công nghiệp.

4.2. Ứng dụng trong thiết bị làm lạnh nhiệt điện

Với tính chất nhiệt điện tốt, skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12 có thể được áp dụng trong các thiết bị làm lạnh nhiệt điện, cung cấp giải pháp làm lạnh hiệu quả mà không cần sử dụng các chất làm lạnh độc hại.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu skutterudite

Nghiên cứu về skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12 đã chỉ ra rằng vật liệu này có tiềm năng lớn trong lĩnh vực nhiệt điện. Tuy nhiên, để tối ưu hóa tính chất nhiệt điện và mở rộng ứng dụng thực tiễn, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp tổng hợp và cải tiến cấu trúc của vật liệu.

5.1. Tương lai của nghiên cứu vật liệu skutterudite

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới để cải thiện tính chất nhiệt điện của skutterudite, cũng như khám phá các ứng dụng mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

5.2. Hướng đi mới trong nghiên cứu vật liệu nhiệt điện

Việc kết hợp skutterudite với các vật liệu khác hoặc sử dụng công nghệ nano có thể mở ra những hướng đi mới trong nghiên cứu vật liệu nhiệt điện, giúp nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng của chúng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh an ninh năng lượng toàn cầu chịu nhiều áp lực và ước tính khoảng 60% đến 70% tổng năng lượng sơ cấp bị tiêu hao dưới dạng nhiệt dư thừa trong các ngành công nghiệp nặng, công nghệ nhiệt điện chuyển đổi trực tiếp nhiệt năng thành điện năng đang trở thành tâm điểm nghiên cứu của khoa học vật liệu hiện đại. Thách thức lớn nhất hiện nay là tối ưu hóa hệ số phẩm chất nhiệt điện ZT, một đại lượng bị giới hạn quanh ngưỡng 1 trong nhiều thập kỷ do mối liên hệ ràng buộc chặt chẽ giữa độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt. Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành Vật lý Nhiệt thực hiện bởi học viên Phạm Thị Hồng Huế dưới sự hướng dẫn của PGS. Đỗ Thị Kim Anh tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2015 đã tập trung giải quyết bài toán này.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là chế tạo thành công vật liệu filled skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12, khảo sát chi tiết cấu trúc tinh thể, các tính chất nhiệt điện trong dải nhiệt độ từ 0 K đến 340 K và đo lường sự biến thiên của hệ số Seebeck cùng điện trở suất dưới áp suất cao lên đến 1,2 GPa. Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi phát triển thành công vật liệu bán dẫn loại p có độ dẫn nhiệt giảm tới 5 lần và hệ số ZT tăng gấp 10 lần ở 300 K so với vật liệu Co4Sb12 truyền thống, đồng thời chứng minh tiềm năng gia tăng hiệu suất nhiệt điện thêm khoảng 60% dưới tác động của áp suất thủy tĩnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng hệ thống lý thuyết nhiệt điện kinh điển bao gồm ba hiệu ứng cốt lõi: hiệu ứng Seebeck (1821) về sự xuất hiện thế nhiệt điện khi có chênh lệch nhiệt độ; hiệu ứng Peltier (1834) về hiện tượng tỏa hoặc thu nhiệt tại tiếp xúc kim loại khi có dòng điện; và hiệu ứng Thomson (1851) về nhiệt lượng phát sinh khi dòng điện chạy qua vật dẫn có gradient nhiệt độ. Mối quan hệ giữa các hệ số này được mô tả chặt chẽ qua các hệ thức nhiệt động Kelvin.

Mô hình nghiên cứu đánh giá hiệu năng chuyển đổi dựa trên hệ số phẩm chất không thứ nguyên ZT = (S^2 * T) / (ρ * κ), trong đó S là hệ số Seebeck, ρ là điện trở suất, κ là độ dẫn nhiệt toàn phần (gồm độ dẫn nhiệt mạng κ_latt và độ dẫn nhiệt điện tử κ_e) và T là nhiệt độ tuyệt đối. Cơ sở lý thuyết mở rộng dựa trên mô hình "thủy tinh dẫn phonon, tinh thể dẫn điện" (PGEC) đối với cấu trúc skutterudite lập phương tâm khối thuộc nhóm không gian Im3. Ba khái niệm chủ đạo được đào sâu gồm: hiệu ứng rung lắc (rattling) của nguyên tử Cerium trong hốc trống 2a làm triệt tiêu phonon mạng, cơ chế giam giữ phonon để hạ thấp κ_latt và hệ số công suất nhiệt điện S^2/ρ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được tạo lập từ quy trình chế tạo mẫu có khối lượng 10 g từ các đơn chất độ sạch cao: Cerium, Sắt, Coban đạt 99,9% và Antimon đạt 99,99%. Phương pháp chọn mẫu phân đoạn được triển khai: thỏi mẫu hình viên đạn dài khoảng 5 đến 6 cm sau khi chế tạo được loại bỏ 1/3 phần xốp phía trên, 2/3 phần còn lại được chia đôi thành phần trên (a) và phần dưới (b) để đánh giá tính đồng nhất tinh thể. Timeline nhiệt luyện trong lò đứng được kiểm soát nghiêm ngặt: gia nhiệt lên 900 độ C trong 7 giờ, 1000 độ C trong 14 giờ, đạt đỉnh 1200 độ C trong 2 giờ và làm lạnh nhanh về 700 độ C giữ đẳng nhiệt 3 ngày trước khi hạ về nhiệt độ phòng.

Về phương pháp phân tích, cấu trúc mạng được xác định qua nhiễu xạ bột tia X (XRD) và khớp phổ Rietveld. Các tính chất nhiệt điện gồm độ dẫn nhiệt, hệ số Seebeck, điện trở suất và ZT được đo đồng thời bằng hệ thống đo tính chất vật lý PPMS EverCool II tích hợp tùy chọn TTO với độ ổn định nhiệt độ cao hơn 0,02%. Lý do lựa chọn PPMS là nhằm loại bỏ sai số hệ thống khi đo lường đồng thời các đại lượng vận chuyển trên cùng một điều kiện mẫu. Phép đo dưới áp suất cao từ 0 đến 1,2 GPa sử dụng tế bào piston-cylinder với kỹ thuật bốn mũi dò DC trong môi trường truyền áp n-pentane và isoamyl alcohol tỉ lệ 1:1.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả phân tích Rietveld xác nhận mẫu Ce0,6Fe2Co2Sb12 là đơn pha, kết tinh theo cấu trúc lập phương loại CoSb3 thuộc nhóm không gian Im3 với hằng số mạng a = b = c = 9,0989 Angstrom, thể tích ô mạng V = 753,2978 Angstrom khối, giãn nở khoảng 7% so với Co4Sb12 (a = 9,030 Angstrom), đạt chỉ số khớp S = 1,9536.

Thứ hai, độ dẫn nhiệt và điện trở suất giảm rõ rệt. Tại nhiệt độ phòng 300 K, độ dẫn nhiệt của mẫu chỉ đạt khoảng 2 W/m.K, giảm 80% (thấp hơn 5 lần) so với mức 10 W/m.K của mẫu Co4Sb12. Điện trở suất ở 300 K đạt mức 40 micro-Ohm.m, nhỏ hơn 25 lần so với mẫu Co4Sb12 có điện trở suất khoảng 10^3 micro-Ohm.m.

Thứ ba, hệ số Seebeck luôn mang giá trị dương khẳng định mẫu là bán dẫn loại p, đạt giá trị cực đại khoảng 105 đến 120 micro-V/K ở nhiệt độ phòng, tăng gấp 3 lần so với giá trị 35 micro-V/K của Co4Sb12. Nhờ đó, hệ số ZT tại 300 K đạt khoảng 0,05 đến 0,06, cao gấp 10 lần (tăng 1000%) so với giá trị 0,005 của Co4Sb12.

Thứ tư, dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh tại nhiệt độ phòng, hệ số Seebeck tăng khi áp suất tăng và đạt giá trị cực đại 126 micro-V/K tại áp suất 0,22 GPa (tăng 17% so với khi chưa nén), trong khi điện trở suất hầu như không đổi, dự đoán hệ số ZT được tối ưu hóa tăng khoảng 60%.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm mạnh mẽ của độ dẫn nhiệt được giải thích bằng cơ chế tán xạ phonon mạnh khi các nguyên tử Cerium được đưa vào lồng trống 2a, dao động nhiệt với biên độ lớn làm cản trở quá trình truyền sóng âm mạng tinh thể mà không làm suy giảm độ dẫn điện tử. Sự sụt giảm điện trở suất bắt nguồn từ việc thay thế một phần Fe và Co tại vị trí 8c giúp tối ưu hóa mật độ hạt tải lỗ trống. So sánh với các nghiên cứu trước đây trên hệ vật liệu CoSb3 chưa điền đầy, Ce0,6Fe2Co2Sb12 chứng minh sự vượt trội toàn diện về cả hệ số công suất và hiệu năng giảm truyền nhiệt.

Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa rõ ràng qua các bảng thông số Rietveld, đồ thị nhiễu xạ XRD không xuất hiện pha tạp, các đường cong biến thiên của điện trở suất, độ dẫn nhiệt, hệ số Seebeck theo dải nhiệt độ từ 0 K đến 340 K và biểu đồ phụ thuộc áp suất từ 0 đến 1,2 GPa. Phân tích so sánh giữa phần trên và phần dưới mẫu cho thấy phần trên có điện trở suất và độ dẫn nhiệt thấp hơn, mang lại hiệu ứng nhiệt điện và giá trị ZT ưu việt hơn nhờ vi cấu trúc xốp thuận lợi cho tán xạ nhiệt.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tối ưu hóa quy trình kiểm soát kết tinh đẳng nhiệt: Nhóm nghiên cứu vật liệu bán dẫn cần điều chỉnh tăng thời gian ủ nhiệt ở 700 độ C từ 3 ngày lên 5 đến 7 ngày, kết hợp tốc độ hạ nhiệt chậm dưới 5 độ C/giờ để đạt mục tiêu đồng nhất hóa 100% cấu trúc tinh thể dọc theo thân thỏi mẫu trong vòng 6 tháng tới.

Thứ hai, mở rộng dải điền đầy nguyên tố đất hiếm: Các phòng thí nghiệm vật lý thực nghiệm nên nâng cao tỷ lệ điền đầy y của Cerium từ 0,6 lên ngưỡng 0,8 đến 1,0 hoặc kết hợp đa nguyên tử đất hiếm như Lanthanum và Neodymium nhằm đạt mục tiêu nâng cao hệ số phẩm chất ZT đạt 0,8 ở nhiệt độ phòng và vượt mốc 1,2 ở nhiệt độ cao trong giai đoạn 12 tháng.

Thứ ba, áp dụng công nghệ thiêu kết nén hiện đại: Viện nghiên cứu vật liệu tiên tiến cần triển khai kỹ thuật thiêu kết xung plasma (SPS) dưới áp suất 50 đến 80 MPa để chế tạo các khối vật liệu có mật độ nén đạt trên 98% lý thuyết, giúp gia tăng độ bền cơ lý và giảm thiểu điện trở tiếp xúc trong vòng 18 tháng.

Thứ tư, thử nghiệm chế tạo mô đun máy phát nhiệt điện thực tế: Doanh nghiệp năng lượng phối hợp cùng các viện nghiên cứu thiết kế mô đun nhiệt điện đa cặp chuyển đổi với mục tiêu hiệu suất chuyển đổi đạt trên 8% nhằm ứng dụng thu hồi nhiệt thải từ lò luyện kim và ống xả động cơ công nghiệp trong vòng 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm thứ nhất: Các nhà khoa học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Vật lý Chất rắn, Khoa học Vật liệu. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về cấu trúc tinh thể skutterudite, cơ chế rattling và hiện tượng giam giữ phonon.

Nhóm thứ hai: Giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Vật lý Nhiệt, Kỹ thuật Năng lượng. Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị về quy trình phân tích nhiễu xạ Rietveld, phương pháp đo nhiệt điện đa năng trên hệ thiết bị PPMS và kỹ thuật đo đạc áp suất cao từ 0 đến 1,2 GPa.

Nhóm thứ ba: Kỹ sư R&D trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và công nghiệp ô tô. Tài liệu cung cấp giải pháp kỹ thuật cụ thể để ứng dụng vật liệu nhiệt điện bán dẫn loại p vào hệ thống thu hồi nhiệt thải công nghiệp với hệ số Seebeck trên 120 micro-V/K.

Nhóm thứ tư: Chuyên gia công nghệ vi điện tử và thiết bị làm mát thể rắn. Các nhà phát triển có thể tham khảo nguyên lý chuyển đổi nhiệt - điện để thiết kế các phiến làm mát Peltier không tiếng ồn cho chip xử lý cao cấp và vi mạch quang điện tử.

Câu hỏi thường gặp

Vật liệu Ce0,6Fe2Co2Sb12 mang đặc tính bán dẫn loại nào và thuộc cấu trúc tinh thể gì? Vật liệu mang đặc tính bán dẫn loại p với hệ số Seebeck dương trong toàn bộ dải đo. Hợp chất kết tinh theo cấu trúc lập phương tâm khối loại CoSb3 thuộc nhóm không gian Im3 với hằng số mạng a = 9,0989 Angstrom, trong đó Ce chiếm vị trí hốc trống 2a, Fe và Co chiếm vị trí 8c, còn Sb chiếm vị trí 24g.

Tại sao việc đưa nguyên tử Cerium vào cấu trúc lại làm giảm mạnh độ dẫn nhiệt? Khi nguyên tử đất hiếm Cerium điền vào vị trí lỗ trống 2a, chúng thực hiện dao động nhiệt độc lập với biên độ lớn quanh vị trí cân bằng, tạo ra hiệu ứng rung lắc (rattling). Hiện tượng này gây tán xạ mạnh các phonon âm học truyền nhiệt, làm triệt tiêu độ dẫn nhiệt mạng và hạ độ dẫn nhiệt toàn phần xuống 2 W/m.K.

Hệ số phẩm chất ZT của Ce0,6Fe2Co2Sb12 được cải thiện bao nhiêu lần so với Co4Sb12? Tại nhiệt độ phòng 300 K, hệ số ZT của Ce0,6Fe2Co2Sb12 đạt khoảng 0,05 đến 0,06, tăng gấp 10 lần (tương đương mức tăng 1000%) so với giá trị 0,005 của mẫu Co4Sb12 chưa điền đầy. Sự vượt trội này đến từ việc hệ số Seebeck tăng gấp 3 lần kết hợp cùng sự suy giảm 5 lần của độ dẫn nhiệt và 25 lần của điện trở suất.

Áp suất thủy tĩnh tác động như thế nào đến hệ số Seebeck và điện trở suất của mẫu? Áp suất nén làm co thể tích ô mạng và thay đổi mật độ hạt tải điện. Tại áp suất 0,22 GPa, hệ số Seebeck đạt cực đại 126 micro-V/K (tăng 17% so với điều kiện thường) trong khi điện trở suất gần như không đổi. Sự kết hợp này dự đoán giúp hệ số ZT tăng cường khoảng 60% dưới tác dụng của áp suất.

Hệ thống PPMS EverCool II đo đạc những tham số vật lý nhiệt điện nào? Hệ thống PPMS với tùy chọn TTO cho phép đo đồng thời 4 thông số gồm: độ dẫn nhiệt, hệ số Seebeck, điện trở suất (qua phương pháp 4 mũi dò AC) và tự động tính toán hệ số phẩm chất ZT. Thiết bị hoạt động trong dải tốc độ quét nhiệt từ 0,01 K đến 20 K/phút với độ ổn định nhiệt độ cao hơn 0,02%.

Kết luận

• Chế tạo thành công vật liệu đơn pha filled skutterudite Ce0,6Fe2Co2Sb12 có cấu trúc lập phương Im3 với hằng số mạng a = 9,0989 Angstrom và thể tích ô mạng V = 753,2978 Angstrom khối.
• Giảm độ dẫn nhiệt xuống mức 2 W/m.K (thấp hơn 5 lần) và giảm điện trở suất 25 lần so với mẫu skutterudite Co4Sb12 nguyên bản.
• Nâng cao hệ số Seebeck lên dải 105 đến 120 micro-V/K ở 300 K, mang tính chất bán dẫn loại p và cải thiện hệ số phẩm chất ZT gấp 10 lần.
• Xác định áp suất tối ưu 0,22 GPa giúp gia tăng hệ số Seebeck thêm 17% và tối ưu hóa hệ số ZT tăng khoảng 60%.
• Chứng minh tính chất nhiệt điện vượt trội của phần trên thỏi mẫu so với phần dưới do sự phân bố vi cấu trúc thuận lợi.

Trong lộ trình 24 đến 36 tháng tới, các nhóm nghiên cứu cần mở rộng thử nghiệm chế tạo mô đun nhiệt điện quy mô pilot để thương mại hóa công nghệ thu hồi nhiệt thải. Độc giả và các đơn vị nghiên cứu quan tâm hãy tiếp tục khai thác toàn văn luận văn để thúc đẩy chuyển giao công nghệ vật liệu nhiệt điện xanh vào sản xuất công nghiệp.