Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ nhiệt của vật liệu perovskite

• Tác giả: Nguyễn Thị Dung
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Đăng Thành
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Trúc, Tính Chất Từ Nhiệt Của Vật Liệu Perovskite
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT LIỆU MANGANITE
• 1.1. Hiệu ứng từ nhiệt và các đại lượng đặc trưng
• 1.2. Hiệu ứng từ nhiệt. Các đại lượng đặc trưng của hiệu ứng từ nhiệt. Một số phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt
• 1.3. Các số mũ tới hạn trong vùng lân cận chuyển pha
• 1.4. Phương pháp phân tích các số mũ tới hạn
• 1.5. Số mũ phụ thuộc từ trường trong hiệu ứng từ nhiệt
• 1.6. Vật liệu manganite
• 1.6.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.6.2. Một số tính chất từ và điện. Hiệu ứng từ nhiệt của một số manganite
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. Phương pháp chế tạo vật liệu. Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể
• 2.1. Phương pháp đo từ độ
• 2.1.1. Phương pháp đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ
• 2.1.2. Phương pháp đo từ độ phụ thuộc từ trường
• 2.1.3. Một số phép đo bổ trợ khác
• 2.1.4. Phép đo điện trở suất bằng phương pháp bốn mũi dò
• 2.2. Phép đo trực tiếp biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt
• 2.3. Phép đo nhiệt dung riêng
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT VÀ TRẠNG THÁI TỚI HẠN CỦA VẬT LIỆU Pr0,7Sr0,3MnO3
• 3.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu Pr0,7Sr0,3MnO3
• 3.2. Tính chất từ nhiệt của vật liệu Pr0,7Sr0,3MnO3
• 3.3. Mối tương quan giữa hiệu ứng từ trở và hiệu ứng từ nhiệt trong vật liệu Pr0,7Sr0,3MnO3
• 3.4. Đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu Pr0,7Sr0,3MnO3 theo một số phương pháp khác nhau
• 3.5. Trạng thái tới hạn và bản chất chuyển pha của vật liệu Pr0,7Sr0,3MnO3
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT VÀ TRẠNG THÁI TỚI HẠN CỦA HỆ VẬT LIỆU Pr0,7M0,3MnO3 (M = Ca, Sr, Ba)
• 4.1. Hệ vật liệu Pr0,7M0,3MnO3 với M = Ca, Sr và Ba
• 4.2. Cấu trúc tinh thể của hệ Pr0,7M0,3MnO3 với M = Ca, Sr và Ba. Chuyển pha từ của hệ vật liệu Pr0,7M0,3MnO3
• 4.3. Ảnh hưởng của từ trường và nguyên tố thay thế lên tính chất từ nhiệt của Pr0,7M0,3MnO3
• 4.4. Hệ vật liệu Pr0,7Sr0,3-xCaxMnO3
• 4.4.1. Cấu trúc tinh thể của hệ Pr0,7Sr0,3-xCaxMnO3
• 4.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ Ca lên chuyển pha từ của hệ Pr0,7Sr0,3-xCaxMnO3. Ảnh hưởng của từ trường và nồng độ Ca lên tính chất từ nhiệt của hệ Pr0,7Sr0,3-xCaxMnO3
• 4.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ Ca lên bản chất tương tác từ của hệ Pr0,7Sr0,3-xCaxMnO3
• 4.4.4. Bản chất chuyển pha và mối liên hệ giữa MCE với các số mũ tới hạn của vật liệu Pr0,7Sr0,2Ca0,1MnO3
• 4.5. Kết luận chương 4
• 5. CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT VÀ TRẠNG THÁI TỚI HẠN CỦA HỆ VẬT LIỆU Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3
• 5.1. Ảnh hưởng của nồng độ La lên cấu trúc tinh thể của Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3
• 5.2. Ảnh hưởng của nồng độ La lên chuyển pha từ của Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3
• 5.3. Ảnh hưởng của từ trường và nồng độ La lên hiệu ứng từ nhiệt của Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3
• 5.4. So sánh phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3
• 5.5. Trạng thái tới hạn của Pr0,7-xLaxSr0,3MnO3 với x = 0,2 và 0,3
• 5.6. Kết luận chương 5
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu perovskite

Vật liệu perovskite đã thu hút sự chú ý lớn trong nghiên cứu khoa học và công nghệ nhờ vào cấu trúc độc đáo và tính chất vượt trội. Cấu trúc vật liệu perovskite thường có dạng ABX3, trong đó A và B là các cation có kích thước khác nhau, còn X là anion. Cấu trúc này cho phép sự thay thế linh hoạt của các nguyên tố, dẫn đến sự đa dạng về tính chất. Nghiên cứu về cấu trúc vật liệu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các tính chất vật lý mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử, quang học và năng lượng. Theo một nghiên cứu gần đây, vật liệu perovskite có khả năng ứng dụng trong pin mặt trời, cảm biến và các thiết bị điện tử tiên tiến.

1.1. Tính chất từ nhiệt của vật liệu perovskite

Tính chất từ nhiệt của vật liệu perovskite là một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Hiệu ứng từ nhiệt, hay còn gọi là tính chất từ nhiệt, liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ và từ trường, ảnh hưởng đến từ độ và các tính chất điện của vật liệu. Các nghiên cứu cho thấy rằng, vật liệu manganite như Pr0,7M0,3MnO3 (M = Ca, Sr, Ba) có hiệu ứng từ nhiệt mạnh mẽ, cho phép ứng dụng trong các thiết bị làm lạnh từ. Sự hiểu biết về tính chất từ nhiệt không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển vật liệu mới với tính năng vượt trội.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về cấu trúc vật liệu và tính chất từ nhiệt của vật liệu perovskite được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể như XRD (nhiễu xạ tia X) giúp xác định cấu trúc và các thông số mạng của vật liệu. Bên cạnh đó, các phương pháp đo từ độ và điện trở suất cũng được áp dụng để đánh giá tính chất điện từ của vật liệu. Các số liệu thu được từ các phép đo này sẽ được phân tích để rút ra các kết luận về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất. Việc áp dụng các phương pháp hiện đại trong nghiên cứu không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giúp phát hiện ra những tính chất mới của vật liệu.

2.1. Phân tích cấu trúc và tính chất điện từ

Phân tích cấu trúc của vật liệu perovskite được thực hiện thông qua các phương pháp như XRD và SEM. Các kết quả từ XRD cho thấy sự tồn tại của các pha khác nhau trong vật liệu, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất điện từ. Đặc biệt, các nghiên cứu về tính chất điện từ cho thấy rằng, sự thay thế nguyên tố trong cấu trúc perovskite có thể làm thay đổi đáng kể từ độ và hiệu ứng từ nhiệt. Điều này mở ra khả năng phát triển các vật liệu mới với tính năng tối ưu cho các ứng dụng trong công nghệ điện tử và năng lượng.

III. Ứng dụng của vật liệu perovskite

Vật liệu perovskite đã chứng minh được tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực năng lượng, vật liệu này được sử dụng trong pin mặt trời nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Ngoài ra, vật liệu perovskite cũng được nghiên cứu cho các ứng dụng trong cảm biến và thiết bị điện tử. Tính chất quang học và điện từ của vật liệu này cho phép phát triển các thiết bị với hiệu suất cao và kích thước nhỏ gọn. Việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

3.1. Tiềm năng trong công nghệ năng lượng

Vật liệu perovskite có tiềm năng lớn trong công nghệ năng lượng, đặc biệt là trong lĩnh vực pin mặt trời. Các nghiên cứu cho thấy rằng, pin mặt trời dựa trên vật liệu perovskite có thể đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các loại pin truyền thống. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tăng cường khả năng tiếp cận năng lượng tái tạo. Hơn nữa, việc phát triển các công nghệ mới dựa trên vật liệu perovskite có thể tạo ra những bước đột phá trong việc sử dụng năng lượng sạch và bền vững.