Luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất nhiệt điện của vật liệu bán dẫn SnSe và SnS

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất nhiệt điện của vật liệu bán dẫn cấu trúc lớp snse, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

Trường đại học

Trường Đại Học Quy Nhơn

Chuyên ngành

Vật lý chất rắn

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận văn

2019

58
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

1.1. Hiệu ứng nhiệt điện

1.2. Hiệu ứng Seebeck

1.3. Hiệu ứng Peltier

1.4. Hiệu ứng Thomson

1.5. Tổng quan về vật liệu nhiệt điện

1.6. Cấu trúc tinh thể và cấu trúc giải năng lượng của SnSe và SnS

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM

2.1. Cấu trúc tinh thể của SnSe và SnS

2.2. Cấu trúc giải năng lượng của SnSe và SnS

2.3. Chế tạo các đơn tinh thể SnSe, SnS, và (SnSe)1-x(SnS)x bằng phương pháp biến thiên nhiệt độ

2.4. Phương pháp biến thiên nhiệt độ trong chế tạo đơn tinh thể. Quy trình chế tạo các vật liệu SnSe, SnS và hỗn hợp SnSe-SnS

2.5. Khảo sát hình thái, cấu trúc, thành phần và tính chất của vật liệu SnSe, SnS, và SnSe1-xSx (0< x ≤1)

2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X trong khảo sát cấu trúc của vật liệu

2.5.2. Đo hình thái bề mặt vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)

2.5.3. Khảo sát tính chất điện của vật liệu bằng hệ đo transport (TPMS)

2.5.3.1. Phép đo hệ số Seebeck
2.5.3.2. Xác định độ dẫn điện và nồng độ hạt tải bằng hệ đo TPMS

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Cấu trúc của đơn tinh thể bán dẫn SnSe và SnS chế tạo bằng phương pháp biến thiên nhiệt độ. Tính chất nhiệt điện của đơn tinh thể SnSe chế tạo bằng phương pháp biến thiên nhiệt độ

3.2. Độ dẫn điện, nồng độ hạt tải của đơn tinh thể SnSe

3.3. Power factor của đơn tinh thể SnSe

3.4. Tính chất nhiệt điện của đơn tinh thể SnS chế tạo bằng phương pháp biến thiên nhiệt độ

3.5. Độ dẫn điện, hệ số Seebeck, nồng độ hạt tải của đơn tinh thể SnS

3.6. Power factor và độ dẫn nhiệt của đơn tinh thể SnS

3.7. Cấu trúc và tính chất nhiệt điện của hợp chất lai hóa SnSe1-xSx

3.8. Hình ảnh của các mẫu và hình thái bề mặt của mẫu

3.9. Phổ nhiễu xạ tia X của hợp chất lai hóa SnSe1-xSx. Tính chất nhiệt điện của hợp chất lai hóa SnSe1-xSx

DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Vật Liệu Nhiệt Điện SnSe SnS Tiềm Năng Ứng Dụng

Vấn đề năng lượng tái tạo và tìm kiếm nguồn năng lượng thân thiện môi trường đang là xu thế toàn cầu. Nghiên cứu chuyển đổi nhiệt dư thừa thành điện năng, dựa trên hiệu ứng nhiệt điện, đặc biệt là hiệu ứng Seebeck, đang thu hút sự quan tâm lớn. Vật liệu nhiệt điện còn có khả năng chuyển đổi ngược lại từ điện năng thành nhiệt, ứng dụng trong các thiết bị làm lạnh. Mục tiêu là phát triển vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao, tập trung vào tăng hệ số phẩm chất nhiệt điện ZT. Để đạt được ZT cao, vật liệu cần dẫn điện tốt, có hệ số Seebeck cao và độ dẫn nhiệt thấp. Tuy nhiên, các thông số này lại phụ thuộc lẫn nhau, tạo ra thách thức trong việc tối ưu hóa. Các phương pháp nâng cao ZT bao gồm chế tạo cấu trúc nano, tối ưu hóa nồng độ pha tạp và giảm khối lượng hiệu dụng của hạt tải.

1.1. Hiệu Ứng Nhiệt Điện Cơ Sở Chuyển Đổi Năng Lượng

Hiệu ứng nhiệt điện là khả năng chuyển đổi trực tiếp giữa chênh lệch nhiệt độ và điện thế. Gradient nhiệt độ khiến các hạt mang điện khuếch tán từ vùng nóng sang vùng lạnh, tạo ra điện áp. Ngược lại, điện áp có thể tạo ra chênh lệch nhiệt độ. Có ba loại hiệu ứng nhiệt điện chính: hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng Peltierhiệu ứng Thomson. Các thiết bị nhiệt điện có thể dùng để tạo điện, đo nhiệt độ hoặc điều khiển nhiệt độ.

1.2. Vật Liệu Nhiệt Điện Tiềm Năng SnSe và SnS

Các nghiên cứu gần đây tập trung vào các hợp chất Bi/Sb-Chalcogenides, Pb-chalcogenides và đặc biệt là Cu2-Se/S, Half-Heusler, SnSeSnS. Vật liệu bán dẫn cấu trúc lớp như SnSeSnS có tính chất dị hướng, dễ điều khiển nồng độ hạt tải. SnSe nổi bật với hệ số ZT cao, đạt 2.6. SnS, có cấu trúc tương tự, có độ dẫn nhiệt tương đương nhưng hệ số công suất thấp hơn do nồng độ hạt tải nhỏ. Nghiên cứu cải thiện độ dẫn điện của SnS bằng cách pha tạp có thể tăng ZT.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Tính Chất Nhiệt Điện SnSe SnS

Việc nâng cao hệ số ZT của vật liệu nhiệt điện đòi hỏi phải tổng hợp được vật liệu thỏa mãn đồng thời các yêu cầu: dẫn điện tốt, hệ số Seebeck cao và dẫn nhiệt kém. Tuy nhiên, ba thông số này lại phụ thuộc lẫn nhau, gây khó khăn trong việc tối ưu hóa. Khi điều chỉnh một thông số theo hướng tích cực, các thông số khác có thể thay đổi theo hướng không mong muốn. Do đó, việc tìm ra phương pháp tối ưu hóa đồng thời các thông số này là một thách thức lớn. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc chế tạo vật liệu ở cấu trúc nano, tối ưu hóa nồng độ pha tạp và giảm khối lượng hiệu dụng của hạt tải.

2.1. Tối Ưu Hóa Hệ Số ZT Bài Toán Nan Giải

Để nâng cao hệ số ZT, cần đồng thời tối ưu hóa độ dẫn điện, hệ số Seebeck và độ dẫn nhiệt. Tuy nhiên, các thông số này liên quan mật thiết với nhau. Ví dụ, tăng độ dẫn điện có thể làm giảm hệ số Seebeck. Do đó, việc tìm ra sự cân bằng tối ưu là một thách thức lớn. Các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển các phương pháp mới để giải quyết vấn đề này.

2.2. Ảnh Hưởng Của Cấu Trúc Nano Đến Độ Dẫn Nhiệt

Chế tạo vật liệu ở cấu trúc nano có thể làm tăng tâm tán xạ phonon, từ đó giảm độ dẫn nhiệt. Điều này giúp tăng hệ số ZT. Tuy nhiên, việc kiểm soát cấu trúc nano một cách chính xác là một thách thức kỹ thuật. Cần có các phương pháp chế tạo tiên tiến để tạo ra vật liệu nano với các đặc tính mong muốn.

III. Phương Pháp Chế Tạo Đơn Tinh Thể SnSe SnS Biến Thiên Nhiệt Độ

Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp biến thiên nhiệt độ (temperature gradient) để tổng hợp đơn tinh thể SnSeSnS. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình kết tinh, tạo ra các tinh thể có chất lượng cao. Các thông số chế tạo được tối ưu hóa để thu được các đơn tinh thể có cấu trúc hoàn hảo, ít khuyết tật. Sau khi chế tạo, các tinh thể được khảo sát thành phần nguyên tố, cấu trúc, nồng độ hạt tải, độ dẫn điện và hệ số Seebeck để đánh giá tính chất nhiệt điện.

3.1. Phương Pháp Biến Thiên Nhiệt Độ Ưu Điểm và Quy Trình

Phương pháp biến thiên nhiệt độ (temperature gradient) là một kỹ thuật hiệu quả để tổng hợp đơn tinh thể. Nó cho phép kiểm soát tốc độ kết tinh và giảm thiểu khuyết tật. Quy trình bao gồm nung nóng vật liệu đến nhiệt độ cao, sau đó làm lạnh chậm theo một gradient nhiệt độ được kiểm soát. Điều này giúp các tinh thể hình thành một cách có trật tự.

3.2. Tối Ưu Hóa Thông Số Chế Tạo Chất Lượng Tinh Thể

Để thu được các đơn tinh thể SnSeSnS có chất lượng cao, cần tối ưu hóa các thông số chế tạo như nhiệt độ nung, tốc độ làm lạnh và thời gian ủ. Các thông số này ảnh hưởng đến kích thước, hình dạng và độ hoàn hảo của tinh thể. Việc điều chỉnh cẩn thận các thông số này là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất.

IV. Khảo Sát Tính Chất Nhiệt Điện SnSe SnS Kết Quả và Phân Tích

Các đơn tinh thể SnSeSnS được khảo sát bằng các phương pháp hiện đại như kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) và nhiễu xạ tia X (XRD). Tính chất nhiệt điện được đánh giá bằng hệ Transport Properties Measurement System (TPMS). Kết quả cho thấy cấu trúc, hình thái, độ dẫn điện, hệ số Seebeck, nồng độ hạt tải và power factor của các mẫu. Phân tích các kết quả này giúp hiểu rõ hơn về tính chất nhiệt điện của SnSeSnS.

4.1. FE SEM và XRD Phân Tích Cấu Trúc và Hình Thái

Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của các tinh thể. Nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể và pha của vật liệu. Các kết quả này cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng và độ tinh khiết của các mẫu.

4.2. Hệ TPMS Đo Độ Dẫn Điện và Hệ Số Seebeck

Hệ Transport Properties Measurement System (TPMS) được sử dụng để đo độ dẫn điện, hệ số Seebeck và nồng độ hạt tải của các mẫu. Các phép đo này được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau để nghiên cứu sự phụ thuộc của tính chất nhiệt điện vào nhiệt độ.

V. Lai Hóa SnSe và SnS Ảnh Hưởng Đến Tính Chất Nhiệt Điện

Nghiên cứu cũng tiến hành lai hóa giữa SnSeSnS để tạo ra hợp chất SnSe1-xSx. Mục tiêu là quan sát sự thay đổi tính chất nhiệt điện theo thành phần của các phân tử SnSeSnS trong hợp chất. Kết quả cho thấy sự lai hóa có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất nhiệt điện của vật liệu. Việc điều chỉnh thành phần có thể giúp tối ưu hóa các thông số nhiệt điện.

5.1. SnSe1 xSx Hợp Chất Lai Hóa Tiềm Năng

Hợp chất SnSe1-xSx được tạo ra bằng cách trộn SnSeSnS theo các tỷ lệ khác nhau. Cấu trúc và tính chất nhiệt điện của hợp chất phụ thuộc vào thành phần x. Nghiên cứu sự phụ thuộc này có thể giúp tìm ra thành phần tối ưu cho các ứng dụng nhiệt điện.

5.2. Điều Chỉnh Thành Phần Tối Ưu Hóa Tính Chất

Việc điều chỉnh thành phần của hợp chất SnSe1-xSx có thể giúp tối ưu hóa các thông số nhiệt điện như độ dẫn điện, hệ số Seebeck và độ dẫn nhiệt. Mục tiêu là tìm ra thành phần cho phép đạt được hệ số ZT cao nhất.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Vật Liệu Nhiệt Điện SnSe SnS

Luận văn đã trình bày phương pháp chế tạo đơn tinh thể SnSeSnS bằng phương pháp biến thiên nhiệt độ, khảo sát cấu trúc, hình thái và tính chất nhiệt điện. Kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của SnSeSnS trong lĩnh vực nhiệt điện. Nghiên cứu lai hóa SnSe1-xSx mở ra hướng mới để tối ưu hóa tính chất nhiệt điện. Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tăng hệ số ZT, tối ưu hóa quy trình chế tạo và tìm kiếm các phương pháp pha tạp hiệu quả.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Tiềm Năng Ứng Dụng

Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo và khảo sát tính chất nhiệt điện của SnSeSnS. Kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của các vật liệu này trong các thiết bị chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện.

6.2. Hướng Phát Triển Tương Lai Tối Ưu Hóa và Ứng Dụng

Hướng phát triển tiếp theo là nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tăng hệ số ZT, tối ưu hóa quy trình chế tạo và tìm kiếm các phương pháp pha tạp hiệu quả. Mục tiêu là tạo ra các vật liệu nhiệt điện có hiệu suất cao và ứng dụng rộng rãi.

04/06/2025
Luận văn nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất nhiệt điện của vật liệu bán dẫn cấu trúc lớp snse và sns

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về hướng nghiên cứu Trong chương này, tác giả trình bày những thông tin tổng quan về vật liệu nhiệt điện. Các đặc trưng cấu trúc tinh thể và tính chất của vật liệu SnSe và SnS. Cơ sở thực nghiệm Trong chương này, tác giả trình bày tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu đơn tinh thể SnSe, SnS và hợp chất lai hóa giữa hai loại vật liệu này.

Ngoài ra tác giả cũng giới thiệu về các phương pháp khảo sát cấu trúc, hình thái, tính chất nhiệt điện của các vật liệu chế tạo. Kết quả và thảo luận Trong chương này, tác giả trình bày về các kết quả khảo sát về đặc trưng cấu trúc, hình thái, độ dẫn điện, hệ số Seebeck, nồng độ hạt tải, power factor,… của 03 hệ mẫu chế tạo được. Phân tích các kết quả và biện luận, giải thích các kết quả thực nghiệm. Kết luận: Phần này tác giả tổng kết lại tất cả các kết quả khảo sát được của luận văn, những kết luận khoa học và những hướng đề xuất tiếp theo.

TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1. Hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện là một đặc trưng của vật liệu trong đó nó có thể trực tiếp chuyển đổi từ sự chênh lệch nhiệt độ ở hai đầu thanh vật liệu thành điện thế và ngược lại. Một thiết bị nhiệt điện tạo ra một điện áp khi có sự chênh lệch nhiệt độ ở hai đầu thiết bị. Ngược lại, khi một điện áp được đặt vào nó, nhiệt được truyền từ bên này sang bên kia, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ.

Ở quy mô nguyên tử, một gradient nhiệt độ đặt vào vật liệu sẽ làm cho các hạt mang điện trong vật liệu khuếch tán từ phía nóng sang phía lạnh. Hiệu ứng này có thể được sử dụng để tạo ra điện, đo nhiệt độ hoặc thay đổi nhiệt độ của các vật thể. Do hướng gia nhiệt và làm mát được xác định bởi độ phân cực của điện áp đặt vào, do đó, các thiết bị nhiệt điện có thể được sử dụng làm bộ điều khiển nhiệt độ. Hiệu ứng nhiệt điện có ba loại là Hiệu ứng Seebeck, Hiệu ứng Peltier và hiệu ứng Thomson.

Hiệu ứng Seebeck Hiệu ứng Seebeck là sự chuyển đổi trực tiếp nhiệt thành điện tại điểm nối của các loại dây khác nhau. Hiệu ứng này được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1794 và được nhà vật lý người Đức là Thomas Johann Seebeck kiểm chứng lại vào năm 1821 do đó người ta lấy tên ông để đặt cho hiệu ứng này. Seebeck quan sát thấy rằng kim la bàn sẽ bị lệch bởi một vòng khép kín được hình thành bởi hai kim loại khác nhau được nối ở hai đầu, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khớp. Điều này được cho là do mức năng lượng điện tử trong mỗi kim loại thay đổi khác nhau và sự khác biệt của thế năng giữa các mối nối tạo ra một dòng điện và do đó sinh ra một từ trường xung quanh các dây dẫn.

Ở thời điểm đó, Seebeck không nhận ra rằng có một dòng điện liên quan, vì vậy ông gọi hiện tượng này là "hiệu ứng từ nhiệt". Tiếp đến, Nhà vật lý người 7 Đan Mạch Hans Christian đã kiểm chứng lại điều này và đặt ra thuật ngữ "nhiệt điện". Suất điện động nhiệt điện tạo ra trên vật liệu khi có một gradient nhiệt T ở hai đầu của vật liệu được xác định bằng biểu thức: E = - ST (1.1) Trong đó S là hệ số Seebeck của vật liệu. Nó phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu.

Tùy theo từng loại vật liệu mà giá trị của Seebeck khác nhau. Chẳng hạn như ở kim loại, giá trị Seebeck thường thấp hơn ở bán dẫn. Hiệu ứng Peltier Năm 1834, Nhà vật lý người Pháp - Jean Charles Athanase Peltier đã khám phá ra rằng khi một dòng điện chạy qua một mối tiếp xúc giữa 2 kim loại A và B, nhiệt sẽ được sinh ra hoặc mất đi tại vị trí tiếp xúc. Người ta lấy tên của ông để đặt cho hiệu ứng này – Hiệu ứng Peltier.

Nhiệt Peltier được tạo ra tại vị trí tiếp xúc được xác định bằng biểu thức: 𝑄̇ = (Π𝐴 − Π𝐵 )𝐼 (1.2) Trong đó: Π𝐴 và Π𝐵 là các hệ số Peltier của vật dẫn A và B. Các hệ số này biểu thị nhiệt lượng được truyền qua trên một đơn vị diện tích của vị trí tiếp xúc; I là cường độ dòng điện chạy qua mối tiếp xúc. Hiệu ứng Peltier có thể được coi là hiệu ứng ngược của Seebeck và có thể được ứng dụng trong máy làm lạnh. Hiệu ứng Thomson Ta biết rằng, hệ số Seebeck là một hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ.

Do vậy, nếu một sự biến thiên nhiệt độ là liên tục ta có thể xác định được sự biến thiên của Seebeck. Nếu một dòng điện được điều chỉnh biến thiên liên tục thì 8 sẽ tạo ra trong vật dẫn một hệ số Peltier cũng biến thiên liên tục. Hiệu ứng Thomson mô tả sự gia nhiệt hay làm mát trên một đơn vị thể tích của vật dẫn khi có mật độ dòng điện là J chạy qua.3) Trong đó: T là độ biến thiên nhiệt độ;  là hệ số Thomson của vật liệu; J là mật độ của dòng điện. Tổng quan về vật liệu nhiệt điện Các nghiên cứu về vật liệu nhiệt điện những năm gần đây tập trung vào một số nhóm vật liệu điện hình có hệ số ZT cao như: Các hợp chất Bi/Sb - Chalcogenides có hệ số ZT vào khoảng từ 1 đến 1.5 trong vùng nhiệt độ giao thấp (từ nhiệt độ phòng đến khoảng 100 oC) [6], [7]; Các hợp chất của Chì (Sb) – chalcogenides có hệ số ZT từ khoảng 1.0 trong vùng nhiệt độ ở mức trung (từ 200 đến 500 oC) [8], [9], [10]; Giá trị ZT cao hơn (ZT>2) thường phân bố ở vùng nhiệt độ cao tập trung vào và các họ vật liệu như Cu2-Se/S, Half-Heusler, SnSe và dạng cấu trúc nano của các loại vật liệu này [11], [18].

Các bán dẫn cấu trúc lớp (layer structure semiconductors) được xếp vào nhóm vật liệu cấu trúc nano – một trong những nhóm vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đồng thời tính chất của loại vật liệu này cũng dễ thay đổi bởi các tác động làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể cũng như cấu trúc điện tử trong vật liệu. Một điểm đặc biệt nữa ở họ vật liệu này là tính đẳng hướng trong dịch chuyển điện tử. Tính chất nhiệt, điện của họ vật liệu này theo các trục tinh thể là khác nhau. Trong họ vật liệu này, SnSe và SnS là hai vật liệu có cấu trúc tinh thể tương đối giống nhau và đang được quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực nhiệt điện bởi hệ số dẫn nhiệt của hai vật liệu này được xác định là rất nhỏ - một trong những yêu cầu quan trọng làm tăng cường độ phẩm chất nhiệt điện (figure of merit ZT) của vật liệu.

9 Năm 2014, nhóm nghiên cứu của giáo sư Li-Dong Zhao thuộc trường đại học Northwestern của Mỹ công bố trên tạp chí Nature rằng đơn tinh thể bán dẫn loại p – SnSe có hệ số ZT lên tới 2.6 do có độ dẫn nhiệt thấp, hệ số Seebeck và độ dẫn điện cao. Đồng thời, nhóm cũng cho thấy rằng, tính chất nhiệt điện đơn tinh thể SnSe có tính dị hướng cao. Hệ số ZT đạt cực đại theo phương trục b (ZT = 2.8 theo phương trục c và a của tinh thể [13]. Tiếp đến, một loạt các công bố khác về tính chất nhiệt điện của SnSe ra đời trong những năm 2014, 2015 và đầu 2016 [19], [20], [21].

Cuối năm 2016, nhóm nghiên cứu của giáo sư Sunglae Cho, Đại học Ulsan Hàn Quốc đã tiến hành pha tạp Bi vào đơn tinh thế SnSe nhằm tạo ra vật liệu bán dẫn loại n trên nền SnSe, kết quả quan sát được giá trị ZT cao nhất bằng 2.2 với nồng độ pha tạp Bi bằng 6% [22]. Với việc pha tạp Na, BiCl, một số nghiên cứu khác cũng cho ZT của SnSe trong khoảng từ 1 đến 1. Đối với SnS, đây là vật liệu có cấu trúc tương tự như SnSe, có độ dẫn nhiệt tương đương, tuy nhiên hệ số công suất (power factor) thấp hơn do có nồng độ hạt tải nhỏ. Vì vậy, các kết quả thực nghiệm công bố hệ số ZT của SnS là rất nhỏ (khoảng 0.

Nguyên nhân được cho là nồng độ hạt tải của SnS nhỏ kéo theo độ dẫn điện nhỏ. Cải thiện độ dẫn điện của SnS thông qua việc pha tạp nguyên tố khác nhằm làm tăng nồng độ hạt tải cũng là một yếu tố có thể làm tăng ZT của vật liệu này [27], [28], [29]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tìm hiểu phương pháp chế tạo đơn tinh thể, tối ưu hóa các thông số chế tạo để thu được các đơn tinh thể SnSe, SnS có chất lượng tốt, khảo sát thành phần nguyên tố, cấu trúc, nồng độ hạt tải, độ dẫn điện, hệ số Seebeck, từ đó đánh giá tính chất nhiệt điện của các tinh thể chế tạo được. Trong giới hạn của luận văn, chúng tôi sẽ bước đầu lai hóa giữa hai loại vật liệu để quan sát sự thay đổi tính chất nhiệt điện theo thành phần của các phân tử SnSe, SnS trong hợp chất.

Cấu trúc tinh thể và cấu trúc giải năng lượng của SnSe và SnS 1. Cấu trúc tinh thể của SnSe và SnS Đơn tinh thể SnSe và SnS được biết đến là các vật liệu có cấu trúc tinh thể trực thoi (orthorhombic) có thể bắt nguồn từ sự biến dạng ba chiều của kiểu cấu trúc NaCl. Ở nhiệt độ thấp SnSe (S) có cấu trúc phase Pnma #62, cấu trúc này chứa các khối đa diện phối hợp SnSe7 bị biến dạng cao, có ba liên kết Sn-Se ngắn và bốn liên kết rất dài, và một cặp Sn2+ đơn độc nằm giữa bốn liên kết Sn-Se dài. Các phiến SnSe dày hai nguyên tử được gấp nếp, tạo ra hình chiếu giống như hình zig-zag dọc theo trục b.

Trong mỗi lớp SnSe (S) bao gồm 2 lớp nguyên tử được tạo thành từ liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử Sn và Se (S) dọc theo mặt phẳng a-b của mạng tinh thể. Dọc theo trục c là liên kết Van - der - waals (liên kết yếu) giữa các lớp SnSe(S), đây là nguyên nhân hình thành nên cấu trúc lớp (dễ dàng tách thành từng lớp) của loại vật liệu này.1 mô tả liên kết giữa các nguyên tử Sn-Se(S) trong pha cấu trúc Pnma. Độ dài liên kết giữa các nguyên tử Sn và Se trên một lớp dọc theo trục a và c là 2.92 A [30], trong khi ở SnS là 2.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Nghiên cứu về tính chất nhiệt điện của vật liệu bán dẫn SnSe và SnS mở ra những hiểu biết sâu sắc về tiềm năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị chuyển đổi năng lượng. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá các đặc tính nhiệt điện của hai vật liệu này, từ đó đánh giá khả năng chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng và ngược lại. Việc hiểu rõ các tính chất này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các thiết bị nhiệt điện hiệu quả hơn, góp phần vào việc sử dụng năng lượng bền vững.

Để hiểu rõ hơn về các ứng dụng vật liệu trong các lĩnh vực khác, bạn có thể tham khảo thêm: Điều chế và đánh giá hoạt tính quang xúc tác của vật liệu cấu trúc nano perovskite kép la2mntio6 tại [link]. Hoặc tìm hiểu về Chế tạo xúc tác nickel hydroxyapatite biến tính zirconia và ruthenium cho phản ứng methane hóa carbon dioxide tại [link]. Nếu bạn quan tâm đến các ứng dụng toán học trong nghiên cứu, hãy xem Ứng dụng quan hệ thứ tự và bậc tôpô trong nghiên cứu một số lớp bao hàm thức tại [link].