การสังเคราะห์วัสดุเทอร์โมอิเล็กตริกออกไซด์ชนิดเอ็นด้วยวิธีโซล-เจลร่วมกับการเผาไหม้ได้เอง

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ประสบความสำเร็จในการเตรียมผงขนาดอนุภาคนาโนของ Sr1-xLaxTiO3 (SLTO) เมื่อ x = 0, 0.03, 0.05, 0.07, และ 0.1 ผลลัพธ์ของรูปแบบ XRD ของตัวอย่าง SLTO พบว่าไม่มีการเจือปนของเฟสอื่นๆ และแสดงเฟสบริสุทธิ์ที่มีโครงสร้างผลึกเป็นแบบคิวบิกเพอรอฟสไกต์ (cubic perovskite structure) นอกจากนี้การเจือ La มีผลให้แลตทิซพารามิเตอร์และความหนาแน่นของหน่วยเซลล์เพิ่มขึ้น เนื่องจากการแทนที่ของรัศมีไอออนที่ใหญ่กว่าของ La3+ ลงในตำแหน่งของ Sr2+ ที่มีรัศมีไอออนที่เล็กกว่า สำหรับขนาดผลึกและขนาดอนุภาคของตัวอย่าง SLTO ลดลงเมื่อปริมาณการเจือ La เพิ่มขึ้น ในส่วนของแถบช่องว่างพลังงาน (Energy gap, Eg) พบว่ามีค่าอยู่ในช่วง 4.10-4.12 eV ในส่วนของการใช้งานด้านการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสง (Photocatalytic activity) ของ SLTO เพื่อย่อยสลายหรือเร่งการเสื่อมสภาพของสีย้อมเมทิลีนบลู (MB) ภายใต้การฉายรังสี UV ผลการทดสอบพบว่าประสิทธิภาพการยอยสลายสีย้อม MB เพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณการเจือ La เพิ่มขึ้น และมีค่าสูงสุดที่ x = 0.07 สมบัติทางเทอร์โมอิเล็กตริกของ SLTO เมื่อ x = 0, 0.01, 0.05, 0.07 และ 0.10 ที่มีการขึ้นรูปเป็นชิ้นงานด้วยกระบวนการ spark plasma sintering (SPS) ภายใต้สภาวะบรรยากาศของก๊าซอาร์กอน ผลการทดลองพบว่าสัมประสิทธิ์ซีเบค (Seebec coefficient, S) ของทุกตัวอย่างมีค่าเป็นลบ สภาพการนำไฟฟ้า (electrical conductivity, ?) และ S ของทุกตัวอย่างมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและมีค่าสูงสุดที่ 800 K สภาพการนำความร้อน (thermal conductivity, ?) มีค่าลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและการเพิ่มขึ้นของปริมาณการเจือของ La โดยตัวอย่าง SLTO เมื่อ x = 0.01 มีสภาพการนำไฟฟ้า สัมบูรณ์สัมประสิทธิ์ซีเบค และ power factor (S2?) และ dimensionless figure of merit (ZT) ที่สูงที่สุด ณ อุณหภูมิ 800 K ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณการเจือ La ที่ต่ำ สามารถเพิ่มสมบัติเทอร์โมอิเล็กตริกของ SLTO โดยใช้ La3+ สำหรับการแทนที่แบบให้ (donor substitution) ในตำแหน่ง A-site ของ SrTiO3 ด้วยวิธีโซล-เจลร่วมกับการเผาไหม้ได้เอง สำหรับตัวอย่าง SrTi1-xNbxO3 (STNO) เมื่อ x = 0, 0.01, 0.03, และ 0.05 สามารถประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ด้วยวิธีโซล-เจลร่วมกับการเผาไหม้ได้เอง โดยทุกตัวอย่างของ STNO มีความบริสุทธิ์ ผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Rietveld refinement พบว่าแลตทิซพารามิเตอร์และความหนาแน่นของหน่วยเซลล์เพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณการเจือ Nb เพิ่มขึ้น ขนาดอนุภาคของ STNO ลดลงเมื่อปริมาณการเจือ Nb เพิ่มขึ้น สมบัติการเรืองแสง (photoluminescence, PL) เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงที่ความยาวคลื่น 327 nm ที่อุณหภูมิห้องแสดงการเปล่งแสงสีม่วง สีเขียว และสีน้ำเงิน ขณะที่ปริมาณการเจือ Nb ไม่มีผลต่อแถบ Eg มีการใช้การวิเคราะห์ผลของ Nyquist plot และการวิเคราะห์ Mott-Schottky ในการพิจารณาประสิทธิภาพของการเป็นอิเล็กโทรดทางแสง (Photoelectrode) ของ SNTO ในส่วนของการใช้งานด้านการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสงมีประสิทธิภาพการย่อยสีย้อมเมทิลีนบลูเพิ่มขึ้นเมื่อประมาณการเจือ Nb เพิ่มขึ้น และมีค่าที่สูงที่สุดเมื่อ x = 0.05 สอดคล้องกับผลการทดลองสมบัติการเรืองแสง Eg, Nyquist plot และ Mott-Schottky ดังนั้น ผลการทดลองที่ได้จากงานวิจัยนี้ได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของเทคนิคการเผาไหม้อัตโนมัติด้วยโซลเจลที่มีการใช้เชื้อเพลิงอินทรีย์ผสมระหว่างไกลซีนและกรดซิตริก ในการเตรียมอนุภาคนาโนของ SLTO และ SNTO เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสง (Photocatalytic activity) และสมบัติเทอร์โมอิเล็กตริก (Thermoelectric property)

คำสำคัญ