Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu perovskite có hệ số nhiệt điện trở dương

• Tác giả: Lương Văn Việt
• Người hướng dẫn: GS. Bạch Thành Công
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lí chất rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Vật Liệu Perovskite Trong Chế Tạo Với Hệ Số Nhiệt Điện Trở Dương
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE
• 1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite
• 1.2. Năng lượng liên kết trong mạng vật liệu perovskite
• 1.3. Các biến dạng của vật liệu perovskite
• 1.4. Sự chuyển pha trong tinh thể perovskite sắt điện
• 1.5. Một số tính chất của vật liệu perovskite
• 1.6. Sự phân cực trong tinh thể perovskite sắt điện
• 1.7. Tính chất điện môi
• 1.8. Tính chất điện- từ của vật liệu perovskite
• 1.9. Các mô hình để giải thích tính dẫn điện của vật liệu perovskite
• 1.10. Ứng dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ điện tử để tính toán một số tính chất điện tử của hệ perovskite
• 1.11. Hiệu ứng hệ số nhiệt- điện trở dương (PTCR) ở vật liệu perovskite sắt điện
• 1.12. Vật liệu multiferroic
• 1.13. Những ứng dụng phổ biến của vật liệu có hiệu ứng PTCR
• 1.14. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Một số phương pháp chế tạo vật liệu
• 2.2. Tổng hợp hệ mẫu Ba1-x-ySrxYyTiO3
• 2.3. Tổng hợp hệ mẫu (BaTiO3)1-x(LaNiO3)x
• 2.4. Chế tạo vật liệu nano BaTiO3 bằng phương pháp thuỷ nhiệt
• 2.5. Chế tạo vật liệu nano LaNiO3 bằng phương pháp đốt gel
• 2.6. Chế tạo hệ mẫu (BaTiO3)1-x(LaNiO3)x
• 2.7. Các phương pháp, thiết bị khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu
• 2.7.1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.7.2. Hệ đo điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ
• 2.7.3. Nhiễu xạ kế tia X (XRD)
• 2.7.4. Phương pháp đo phổ tán xạ Raman
• 2.7.5. Hệ khảo sát hằng số điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số
• 2.7.6. Hệ đo đường đặc trưng V-A
• 2.7.7. Hệ đo hiệu ứng Hall
• 2.7.8. Hệ đo từ kế mẫu rung
• 2.7.9. Hệ đo tính chất sắt điện của vật liệu
• 2.8. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO- NGHIÊN CỨU HỆ VẬT LIỆU Ba1-x-ySrxYyTiO3
• 3.1. Kết quả đo phổ nhiễu xạ tia X
• 3.2. Kết quả khảo sát cấu trúc bề mặt
• 3.3. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào nhiệt độ
• 3.4. Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nhiệt độ
• 3.5. Sự phụ thuộc của hệ số nhiệt điện trở của các mẫu pha tạp vào nhiệt độ
• 3.6. Đặc trưng Vôn- Ampe
• 3.7. Khảo sát hiệu ứng Hall
• 3.8. Một vài khả năng ứng dụng của vật liệu có hệ số nhiệt- điện trở dương
• 3.9. Nghiên cứu khả năng chế tạo cảm biến khí CO từ vật liệu Ba1-x-ySrxYyTiO3
• 3.10. Nghiên cứu khả năng chế tạo bộ giải từ cho tivi
• 3.11. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO- NGHIÊN CỨU HỆ VẬT LIỆU TỔ HỢP (BaTiO3)1-x(LaNiO3)x
• 4.1. Tổng hợp vật liệu nano BaTiO3 bằng phương pháp thuỷ nhiệt
• 4.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến sự hình thành sản phẩm BaTiO3
• 4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sự hình thành sản phẩm BaTiO3
• 4.4. Giải thích sự hình thành của BaTiO3 trong quá trình tổng hợp bằng phương pháp thuỷ nhiệt
• 4.5. Tổng hợp vật liệu nano LaNiO3 bằng phương pháp đốt gel
• 4.6. Khảo sát sự phụ thuộc của sản phẩm vào nhiệt độ nung
• 4.7. Sự phụ thuộc của cấu trúc sản phẩm vào độ pH
• 4.8. Sự phụ thuộc của sản phẩm vào nhiệt độ tạo gel
• 4.9. Khảo sát cấu trúc bề mặt sản phẩm
• 4.10. Kết quả tổng hợp hệ mẫu tổ hợp (BaTiO3)1-x(LaNiO3)x
• 4.11. Ảnh hưởng của thời gian nung đến sự hình thành sản phẩm
• 4.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành sản phẩm
• 4.13. Ảnh hưởng của thành phần x đến sự hình thành sản phẩm
• 4.14. Khảo sát cấu trúc bề mặt mẫu tổ hợp
• 4.15. Tính chất điện- từ của các mẫu
• 4.16. Khảo sát sự phụ thuộc của hằng số điện môi hệ mẫu theo tần số
• 4.17. Sự phụ thuộc của điện trở suất của mẫu BTLN vào nhiệt độ
• 4.18. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về vật liệu perovskite

Vật liệu perovskite đã trở thành một trong những chủ đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực vật liệu mới. Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, vật liệu này có nhiều tính chất điện, từ và quang học nổi bật. Cấu trúc perovskite thường được mô tả bằng công thức ABO3, trong đó A và B là các ion kim loại khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu perovskite có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện tử, quang học và cảm biến. Đặc biệt, hiệu ứng nhiệt điện trở dương (PTCR) đã được phát hiện trong các vật liệu này, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong công nghiệp điện tử.

1.1. Tính chất của vật liệu perovskite

Vật liệu perovskite có nhiều tính chất đặc biệt như tính dẫn điện, tính sắt điện và tính từ. Những tính chất này phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc pha tạp các nguyên tố như đất hiếm có thể làm thay đổi đáng kể các tính chất này. Hiệu ứng nhiệt điện trở dương là một trong những tính chất quan trọng, cho phép vật liệu này được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến và linh kiện điện tử. Các mô hình lý thuyết như lý thuyết phiếm hàm mật độ điện tử đã được áp dụng để tính toán và dự đoán các tính chất điện tử của hệ perovskite.

II. Chế tạo vật liệu perovskite

Quá trình chế tạo vật liệu perovskite thường bao gồm nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp gốm, phương pháp thủy nhiệt và phương pháp đốt gel. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu cuối cùng. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp là rất quan trọng để đạt được các tính chất mong muốn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, thời gian nung và tỷ lệ thành phần có thể tạo ra các mẫu vật liệu với tính chất tối ưu.

2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu nano

Chế tạo vật liệu nano perovskite là một trong những xu hướng nghiên cứu hiện nay. Các phương pháp như thủy nhiệt và đốt gel cho phép tạo ra các hạt nano với kích thước nhỏ và tính chất đồng nhất. Nghiên cứu cho thấy rằng kích thước hạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất điện từ của vật liệu. Việc kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong hiệu suất của các linh kiện điện tử. Các ứng dụng tiềm năng của vật liệu nano perovskite bao gồm cảm biến, linh kiện quang điện và các thiết bị điện tử tiên tiến.

III. Ứng dụng của vật liệu perovskite

Vật liệu perovskite có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhờ vào tính chất điện từ đặc biệt của chúng. Hiệu ứng nhiệt điện trở dương (PTCR) đã được ứng dụng trong các linh kiện điện tử như cảm biến và bộ điều khiển nhiệt độ. Ngoài ra, vật liệu này còn được sử dụng trong các thiết bị quang điện và các ứng dụng trong công nghệ nano. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc kết hợp vật liệu perovskite với các vật liệu khác có thể tạo ra các hệ vật liệu đa chức năng, mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển công nghệ.

3.1. Ứng dụng trong cảm biến

Vật liệu perovskite có khả năng ứng dụng cao trong lĩnh vực cảm biến nhờ vào tính nhạy cảm với các yếu tố môi trường. Các cảm biến khí CO được chế tạo từ vật liệu này cho thấy độ nhạy cao và khả năng hoạt động ổn định. Hiệu ứng nhiệt điện trở dương giúp cải thiện độ nhạy và độ chính xác của cảm biến. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của vật liệu có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong hiệu suất của cảm biến, mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong công nghiệp và môi trường.