Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên tính chất nhiệt điện của màng mỏng ZnO pha tạp Ga

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc tinh thể và tính chất nhiệt điện của màng mỏng GZO cho thấy qúa trình ủ nhiệt đã có tác dụng tích cực lên tính chất nhiệt điện của màng: (1) Hệ số công suất nhiệt điện tăng do độ dẫn điện tăng nhờ độ linh động tăng khi màng GZO được tái kết tinh ở nhiệt độ cao; (2) Hệ số chuyển đổi nhiệt điện ZT của màng được ủ ở 500oC tăng 1 bậc (ZT = 0,114) so với màng chưa ủ nhiệt (ZT = 0,012). Kết quả khảo sát phổ quang phát quang cho thấy sự cải thiện về tính chất nhiệt điện có liên quan đến sự hình thành các loại khuyết tật trong quá trình phún xạ cũng như quá trình ủ nhiệt, trong đó khuyết tật VO và Zni chiếm ưu thế.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên tính chất nhiệt điện của màng mỏng ZnO pha tạp Ga TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ: 155 CHUYÊN SAN KHOA HỌC TỰ NHIÊN, TẬP 2, SỐ 4, 2018 Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên tính chất nhiệt điện của màng mỏng ZnO pha tạp Ga Nguyễn Hồng Ngọc, Lê Nguyễn Bảo Thư, Phan Bách Thắng Tóm tắt—Màng ZnO pha tạp Ga (GZO) chế tạo bằng phương pháp phún xạ Dc magnetron, tiếp theo được ủ nhiệt trong không khí tại 400 và 500oC trong (1) 5 giờ. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc tinh thể và tính chất nhiệt điện của màng mỏng Trong đó, S là hệ số seebeck (V/K),  là độ dẫn GZO cho thấy qúa trình ủ nhiệt đã có tác dụng tích điện (S/m), κ là độ dẫn nhiệt (W/mK). Vật liệu cực lên tính chất nhiệt điện của màng: (1) Hệ số nhiệt điện có hệ số độ phẩm chất ZT cao cần có công suất nhiệt điện tăng do độ dẫn điện tăng nhờ hệ số Seebeck S, độ dẫn điện  cao nhưng độ dẫn độ linh động tăng khi màng GZO được tái kết tinh ở nhiệt κ phải thấp. Tuy nhiên 3 tham số trên không nhiệt độ cao; (2) Hệ số chuyển đổi nhiệt điện ZT của độc lập mà phụ thuộc nhau, đặc biệt là đều phụ màng được ủ ở 500oC tăng 1 bậc (ZT = 0,114) so với thuộc vào nồng độ hạt tải điện n: S và  biến màng chưa ủ nhiệt (ZT = 0,012). Kết quả khảo sát thiên nghịch với nhau theo nồng độ hạt tải nhưng phổ quang phát quang cho thấy sự cải thiện về tính chất nhiệt điện có liên quan đến sự hình thành các  và κ lại biến thiên giống nhau theo nồng độ hạt loại khuyết tật trong quá trình phún xạ cũng như tải. Do sự liên kết chặt chẽ giữa hệ số Seebeck S, quá trình ủ nhiệt, trong đó khuyết tật VO và Zni độ dẫn điện  cao và độ dẫn nhiệt κ mà các chiếm ưu thế. nghiên cứu về vật liệu nhiện điện có hệ số phẩm chất nhiệt điện ZT cao đã không có sự đột phá Từ khoá—màng mỏng ZnO pha tạp Ga, tính chất đáng kể nào trong thời gian dài do cải thiện độ nhiệt điện, khuyết tật dẫn điện cũng làm gia tăng độ dẫn nhiệt. Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt trong công thức 1 MỞ ĐẦU (1) đều phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể của vật ật liệu nhiệt điện là loại vật liệu có khả năng V chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng dựa trên hiệu ứng vật lý Seebeck: Sự chênh lệch nhiệt liệu. Độ dẫn điện của vật liệu phụ thuộc vào nồng độ hạt tải và độ linh động của hạt tải. Nồng độ hạt tải của vật liệu có thể được điều khiển bằng pha độ được duy trì ở hai đầu của vật liệu sẽ sinh ra tạp đối với chất bán dẫn. Độ linh động của hạt tải một điện thế. Hiệu suất chuyển đổi nhiệt năng phụ thuộc vào chất lượng của cấu trúc tinh thể và thành điện năng được gọi là hệ số phẩm chất nhiệt các sai hỏng tồn tại bên trong cấu trúc tinh thể. điện (figure of merit) Z (K-1) được xác định thông Các sai hỏng vốn tồn tại bên trong cấu trúc tinh qua công thức sau [1-5] thể sẽ gây ra tán xạ, làm giảm độ linh động của hạt tải, độ dẫn điện của vật liệu giảm. Đồng thời, các tán xạ này cũng làm giảm độ dẫn nhiệt cho vật liệu. Đây chính là lý do khiến việc chế tạo vật Received: 29-05-2017; Accepted: 10-12-2017; 10-12-2018; Published: liệu nhiệt điện có hệ số phẩm chất ZT cao gặp 15-10-2018. nhiều khó khăn. Tác giả: Nguyễn Hồng Ngọc1,2, Lê Nguyễn Bảo Thư3, Phan Vật liệu màng mỏng ZnO với dải nhiệt độ hoạt Bách Thắng2,4* - 1Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, động rộng và cao nên được nghiên cứu nhằm cho Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM; 2 Phòng thí nghiệm Vật liệu Kỹ thuật cao, Trường Đại học Khoa học ứng dụng nhiệt điện [1-5] Tính chất nhiệt điện của Tự nhiên, ĐHQG-HCM; 3Bộ môn Toán Lý, Trường Đại học màng mỏng ZnO có thể được điều khiển thông Công nghệ Thông tin – ĐHQG-HCM; 4Trung tâm nghiên cứu Vật liệu cấu trúc nano và Phân tử - ĐHQG-HCM. ...