Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng nano zno pha tạp định hướng chế tạo linh kiện nhiệt điện

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng nano zno pha tạp định hướng chế tạo linh kiện nhiệt điện" là cải thiện tính chất nhiệt điện của vật liệu ZnO thông qua quá trình pha tạp và cấu trúc nano dạng màng phù hợp với định hướng ứng dụng chế tạo linh kiện nhiệt điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng nano zno pha tạp định hướng chế tạo linh kiện nhiệt điện ` BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -----000----- VŨ VIẾT DOANH NGHI N C U TỔNG HỢP VẬT LIỆU MÀNG NANO ZnO PHA TẠPĐỊNH HƢỚNG CHẾ TẠO LINH KIỆN NHIỆT ĐIỆN Chuyên ngành:Hoá Vô Cơ Mã số:9.44.01.13 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI - 2023 Công trình được hoàn thành tại: Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Trịnh Quang Thông PGS.TS Lê Hải Đăng Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Kim Ngà Đại học Bách Khoa Hà Nội Phản biện 2: PGS.TS Phạm Anh Sơn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Danh Bích Đại học Sư phạm Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tạiTrường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi …..giờ … ngày … tháng… năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 1 MỞ ĐẦU1. Lí do chọn đề tài Trong thời gian gần đây, vật liệu chuyển đổi năng lượng dựa trên hiệu ứng nhiệt điện đã nhậnđược sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và công nghệ nhờ tiềm năng ứng dụng hấp dẫn để chế tạora các bộ phát điện, bộ làm lạnh kích thước nhỏ khác truyền thống nhờ cấu trúc đơn giản, khônggây ra tiếng ồn và tổn hao năng lượng thấp. Vật liệu nhiệt điện phổ biến nhất hiện nay là hợp kimkiểu chalcogenide giữa Pb, Bi với Sb, Te, Se, mà đã được thương mại hoá nhờ các nghiên cứu tốiưu để có hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện tương đối tốt. Tuy nhiên, hệ vật liệu này còn tồn tại một sốnhược điểm như tính không bền ở nhiệt độ cao trong không khí, giá thành cao và có thể độc hại. Dovậy, các oxide kim loại đã được kỳ vọng như một vật liệu nhiệt điện tiềm năng do tính chất hoá họcổn định, độ dẫn nhiệt đóng góp bởi điện tử nhỏ và ít ảnh hưởng đến môi trường, phương pháp tổnghợp không phức tạp và đặc biệt là giá thành thấp. Trong số đó, zinc oxide (ZnO) nổi lên như ứngviên phù hợp cho vật liệu nhiệt điện. Mặc dù là một bán dẫn loại n nhưng như bản chất của oxide,ZnO có nồng độ hạt tải thấp, tính dẫn điện yếu nên có hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện thấp. Do đó,để cải thiện tính chất điện của ZnO, pha tạp là giải pháp đã được đưa ra, thông qua việc đưa một sốnguyên tố kim loại hoặc phi kim vào trong cấu trúc. Đặc biệt là, cấu trúc nano sẽ góp phần cải thiệnhệ số phẩm chất đặc trưng quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt - điện nhờ các hiệu ứng lượng tử.Bên cạnh đó, vật liệu cấu trúc nano cũng thuận lợi cho quá trình vi chế tạo để tạo ra các linh kiệntích hợp có kích thước thu nhỏ và màng mỏng là cấu trúc nano thích hợp cho mục tiêu này. Trong lĩnh vực khoa học vật liệu, màng mỏng ZnO thường được chế tạo bằng các phương pháplắng đọng trong môi trường chân không cao từ pha hơi theo phương thức vật lý (PVD) hay hóa học(CVD), cần các thiết bị công nghệ phức tạp và tốn kém. Ngoài ra, một cách tiếp cận khác đã đượcđề cập đó là tạo màng bằng dung dịch tổng hợp từ pha ướt áp dụng phản ứng sol gel. Một thuận lợilà phương pháp để chế tạo vật liệu màng mỏng ZnO cho ứng dụng chuyển đổi nhiệt điện vẫn là mộthướng nghiên cứu mở. Trên thế giới, nghiên cứu về vật liệu nhiệt điện đã được thực hiện từ hàng chục năm nay, tuynhiên định hướng nghiên cứu về vật liệu này vẫn còn khá mới mẻ ở trong nước. Cho đến nay, mớichỉ có một số ít nghiên cứu về vật liệu nhiệt điện đã được triển khai. Mà riêng về ZnO có ba đề tài,cụ thể đó là nghiên cứu tối ưu hoá tính chất nhiệt điện của vật liệu dạng khối chế tạo bằng phươngpháp phản ứng pha rắn và dạng màng ZnO pha tạp chế tạo bằng phương pháp phún xạ và chế tạomàng ZnO bằng phương pháp sol-gel. Do đó, việc thực hiện những nghiên cứu có tính hệ thống về vậtliệu ZnO cho ứng dụng nhiệt điện là định hướng mở và cần thiết. Xuất phát từ thực tế và những lí do trên, đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu màng nanoZnO pha tạp định hướng chế tạo linh kiện nhiệt điện” đã được tiến hành và là nội dung nghiêncứu chính đặt ra trong luận án này.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu - Mục đích nghiên cứu: Cải thiện tính chất nhiệt điện của vật liệu ZnO thông qua quá trình phatạp và cấu trúc nano dạng màng phù hợp với định hướng ứng dụng chế tạo linh kiện nhiệt điện. - Nội dung nghiên cứu: + Tìm hiểu các yếu tố về kỹ thuật trong phản ứng sol-gel, cơ chế hình thành và phát triển tinh thểZnO trong pha ướt. + Thiết lập quy trình tổng hợp dung dịch ZnO pha tạp với các nguyên tố Al, Ga, Sn, Sb, Cu, Agtrên cơ sở xác định điều kiện thực nghiệm về dung môi, xúc tác và nhiệt độ. + Thiết lập quy trình chế tạo màng ZnO pha tạp với kỹ thuật nhúng phủ, môi trường và chế độnung ủ. + Khảo sát và phân tích các tính chất vật liệu cơ bản bao gồm vi cấu trúc bằng phương phápnhiễu xạ tia X, hình thái học bề mặt màng bằng kính hiển vi điện tử quét phân giải cao, thành phầnhóa học bằng phổ tán xạ năng lượng tia X, đánh giá tính chất điện của vật liệu ở nhiệt độ phòng như 2điện trở suất, nồng độ và độ linh động hạt tải bằng phép đo hiệu ứng Hall, tính chất điện phụ thuộcnhiệt độ bằng phép đo điện trở bề mặt, hệ số Seebeck và đánh giá hệ số công suất.3. Những đóng góp mới của luận án - Đã thực hiện các nghiên cứu có tính hệ thống về chế tạo màng nano ZnO pha tạp riêng rẽ 6nguyên tố khác nhau Al, Ga, Sn, Sb, Cu, Ag tương ứng nồng độ pha tạp được lựa chọn 1%, 2% và3% mol, sử dụng dung dịch được tổng hợp bằng phương pháp sol gel. - Đã biến đổi được bản chất vật liệu là bán dẫn loại n hoặc loại p giúp ...