Chế tạo và nghiên cứu vật liệu multferroic lafeo3 PZT

Chế tạo và nghiên cứu vật liệu multferroic LaFeO 3 -PZT Vũ Tùng Lâm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Vật lý Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật lý chất rắn; Mã số: 60 44 07 Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Lê Minh Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Giới thiệu vật liệu Multiferroic vật liệu Perovskite sắt điện, sắt từ. Tìm hiểu phương pháp chế tạo mẫu và các phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của vật liệu chế tạo được. Trình bày những kết quả chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của mẫu đã chế tạo và đưa ra những nhận xét, giải thích kết quả Keywords: Vật lý chất rắn; Vật liệu sắt điện; Vật lý; Vật liệu sắt từ Content Vật liệu perovskite ABO 3 thuần được phát hiện rất sớm từ đầu thế kỷ 19, perovskite thuần được biết đến như là một chất điện môi, có hằng số điện môi lớn và một số trong đó có tính sắt điện, áp điện, như BaTiO 3 . Vật liệu có cấu trúc perovskite đặc trưng ABO 3 , trong đó A là cation có bán kính lớn định xứ tại các nút (đỉnh), B là các cation có bán kính nhỏ định xứ tại tâm của hình lập phương. Từ những năm cuối thế kỷ 20, người ta phát hiện ra rằng, khi vật liệu perovskite được biến tính, nghĩa là khi một phần ion ở vị trí A hoặc B được thay thế bằng các ion kim loại có hoá trị khác, thường là các cation kim loại đất hiếm (La, Nd, Pr…) hoặc kim loại chuyển tiếp (Fe, Mn, Ni, Co…) thì nó xuất hiện các hiệu ứng vật lý lý thú và hứa hẹn nhiều ứng dụng giá trị trong công nghiệp điện tử, viễn thông, như hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR), hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (CMCE), hiệu ứng nhiệt điện lớn ở nhiệt độ cao (HTME). Trong những năm gần đây việc tổ hợp hai tính chất sắt điện và sắt từ trên cùng một loại vật liệu (Vật liệu Multiferroic) đang là một hướng nghiên cứu mới trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Vật liệu đó có thể được sử dụng để chế tạo: thiết bị cộng hưởng sắt từ điều khiển bởi điện trường, bộ chuyển đổi với module áp điện có tính chất từ, linh kiện nhớ nhiều trạng thái, hơn nữa với việc tồn tại cả hai trạng thái sắt điện và sắt từ trong cùng một loại vật liệu có ứng dụng trong việc làm máy phát, máy truyền và lưu dữ liệu. Thực chất, vật liệu multiferroics là một dạng vật liệu tổ hợp mà điển hình là tổ hợp các tính chất sắt điện-sắt từ, do đó vật liệu ở dạng khối được ứng dụng làm các cảm biến đo từ trường xoay chiều với độ nhạy cao, các thiết bị phát siêu âm điều chỉnh điện từ, hay các bộ lọc, các bộ dao động hoặc bộ dịch pha mà ở đó các tính chất cộng hưởng từ (sắt từ, feri từ, phản sắt từ ) được điều khiển bởi điện trường thay vì từ trường. Đối với các vật liệu dạng màng mỏng, các thông số trật tự liên kết sắt điện và sắt từ có thể khai thác để phát triển các linh kiện spintronics (ví dụ như các cảm biến TMR, hay spin valve với các chức năng được điều khiển bằng điện trường. Một linh kiện TMR điển hình kiểu này chứa 2 lớp vật liệu sắt từ, ngăn cách bởi một lớp rào thế (dày cỡ 2 nm) là vật liệu multiferroics. Khi dòng điện tử phân cực spin truyền qua hàng rào thế, nó sẽ bị điều khiển bởi điện trường và do đó hiệu ứng từ điện trở của hệ màng sẽ có thể được điều khiển bằng điện trường thay vì từ trường. Những linh kiện kiểu này sẽ rất hữu ích cho việc tạo ra các phần tử nhớ nhiều trạng thái, mà ở đó dữ liệu có thể được lưu trữ bởi cả độ phân cực điện và từ. Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Chế tạo và nghiên cứu vật liệu Multiferroic (LaFeO 3 -PZT)” làm đề tài cho luận văn với mong muốn được hiểu biết về loại vật liệu mới này. Nội dụng chính của bản luận văn gồm: - Mở đầu - Chương 1: Giới thiệu tổng quan về vật liệu perovskite sắt điện, perovskite sắt từ và vật liệu Multiferroic. - Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm. Trình bày phương pháp chế tạo mẫu và các phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của vật liệu chế tạo được. - Chương 3 : Kết quả và thảo luận. Trình bày những kết quả chế tạo mẫu, nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi, tính chất điện và tính chất từ của mẫu đã chế tạo và đưa ra những nhận xét, giải thích kết quả. - Kết luận. Tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn. - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục. Chƣơng 1: VẬT LIỆU MULTIFERROIC VẬT LIỆU PEROVSKITE SẮT ĐIỆN, SẮT TỪ. 1.1. Vài nét về Vật liệu Multiferroics. 1.1.1. Lịch sử và một số hiểu biết về Vật liệu Multiferroic [1, 2] Các vật liệu từ và điện có tầm quan trọng trong kỹ thuật hiện đại. Thí dụ, vật liệu sắt điện (vật liệu có phân cực điện tự phát, nó có thể được thay đổi trạng thái nhờ điện trường ngoài) được sử dụng rộng rãi làm các tụ điện và là cơ sở của bộ nhớ điện (Fe-RAM) trong các máy tính. Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để ghi và lưu trữ thông tin, thí dụ trong các ổ cứng, là vật liệu sắt từ (vật liệu có phân cực từ tự phát và có thể được biến đổi trạng thái từ thuận nghịch nhờ từ trường ngoài). Kỹ thuật ngày nay có khuynh hướng tiểu hình hóa các thiết bị, dụng cụ nên xu hướng tích hợp các tính chất từ và điện vào các thiết bị đa chức năng đang được đặt ra. Vật liệu trong đó các tính chất sắt từ và sắt điện cùng tồn tại như ta đã biết là vật liệu “đa tính sắt” –“multiferroic”. Vật liệu multiferroic được quan tâm không chỉ vì chúng đồng thời thể hiện các tính chất sắt từ và sắt điện mà cũng còn do chúng có “hiệu ứng điện từ”, phân cực từ và phân cực điện được tạo ra có thể được điều khiển bởi cả từ trường và điện trường ngoài. Hiệu ứng này có thể được sử dụng rộng rãi để tạo nên các thiết bị spintronic mới, thí dụ, các cảm biến từ trở tunel (TMR), các van spin với chức năng được điều khiển bằng điện trường, và bộ nhớ đa trạng thái trong đó các dữ liệu được ghi bằng điện trường và đọc bằng từ trường. Tuy nhiên, để có thể sử dụng được dễ dàng, thuận tiện các linh kiện đó thì đòi hỏi vật liệu phải có sự liên kết (coupling) điện từ mạnh và hoạt động ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, do sự liên kết từ–điện yếu trong hầu hết các vật liệu nên khó có thể ứng dụng trong thực tế. Vì vậy sau đó các hoạt động nghiên cứu đã bị giảm sút trong hai thập kỷ tiếp theo. Sự quay trở lại vấn đề nghiên cứu đó đã được bắt đầu bằng nghiên cứu lý thuyết của N.Hill năm 2000 và bởi phát minh gần đây về cơ chế mới trong sắt điện TbMnO 3 , hexagonal YMnO 3 , RMn 2 O 5 , và Ni 2 V 3 O 8 . Các nghiên cứu cũng được khuyến khích bởi các triển khai gần đây về kỹ thuật chế tạo màng mỏng và các phương pháp thực nghiệm quan sát các đômen điện và từ. Gần đây, các vật liệu multiferroic khác nhau đã được tìm ra trong đó trạng thái phân cực được tạo ra bởi các kiểu trật tự như đã được biết là “sắt điện có pha tạp”. Đại lượng phân cực trong các kiểu vật liệu đó thường nhỏ, nhưng chúng thường thể hiện sự liên kết điện từ lớn và chúng rất nhạy với từ trường đặt vào. Như trước đây, ta đã biết tính sắt điện pha tạp có thể chia làm ba loại: sắt điện hình học (geometric ferroelectrics), sắt điện điện tử (electronic ferroelectrics) và sắt điện từ tính (magnetic ferroelctric). Có lẽ, loại vật liệu quan trọng nhất thú vị nhất của sắt điện có pha tạp là sắt điện-từ tính (magnetic ferroelectronics), trong đó tính sắt điện được tạo ra bởi trật tự từ. Loại này là ứng cử viên tốt nhất cho ứng dụng thực tế, bởi vì sự phân cực có thể xảy ra bởi từ trường đặt vào mẫu. Trên đây chúng tôi trình bày một số tính chất của vật liệu Multiferroic là đơn chất. Tuy nhiên vật liệu được chế tạo trong luận văn này là hợp chất composit nghĩa là hợp chất của hai dung dịch rắn sắt điện và sắt từ. Cụ thể là vật liệu Multiferroic mà chúng tôi chế tạo để nghiên cứu là composit (PZT- LaFeO 3 ). Trong đó PZT là vật liệu sắt điện điển hình và LaFeO 3 là vật liệu sắt từ. Phần tiếp theo chúng tôi trình bày một số nét đặc trưng điển hình của hai loại vật liệu đó. 1.2. Vật liệu perovskite ABO 3 thuần.[1] Cấu trúc perovskite được mô tả trong hình (1.5). Trong đó cation A có bán kính lớn nằm tại các đỉnh của hình lập phương, còn cation B có bán kính nhỏ hơn nằm tại tâm của hình lập phương. Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và 6 anion Ôxy, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion Ôxy, sự sắp xếp tạo nên cấu trúc bát diện BO 6 . Như vậy đặc trưng quan trọng của cấu trúc perovskite là tồn tại các bát diện BO 6 nội tiếp trong một ô mạng cơ sở với 6 anion Oxy tại các đỉnh của bát diện và một cation B tại tâm bát diện. Vị trí cation A 2+ (A 3+ ) Vị trí cation B 4+ (B 3+ ) Vị trí cation O 2- Hình 1.5. Cấu trúc perovskite thuần. 1.2.1. Vật liệu ABO 3 biến tính, vật liệu perovskite sắt từ Vật liệu ABO 3 biến tính có công thức '' ( )( ) 1 1 3 A A B B O xy xy (0  x, y  1), trong đó ion A hoặc B được thay thế một phần bởi các ion khác. Với A có thể là các nguyên tố họ đất hiếm Ln như La, Nd, Pr… ; ' A là các kim loại kiềm thổ như Sr, Ba, Ca… hoặc các nguyên tố như: Ti, Ag, Bi, Pb…; B có thể là Mn, Co; ' B có thể là Fe, Ni,…. Khi pha tạp, tùy theo ion và nồng độ pha tạp mà cấu trúc tinh thể sẽ bị thay đổi không còn là cấu trúc lý tưởng, sẽ tạo ra trạng thái hỗn hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nền trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt… 1.2.2. Vật liệu perovskite sắt điện.[] Sắt điện là tính chất của một số chất điện môi có độ phân cực điện tự phát ngay cả không có điện trường ngoài, và do đó trở nên bị ảnh hưởng mạnh dưới tác dụng của điện trường ngoài. Khái niệm về sắt điện trong các vật liệu mang các tính chất điện, tương ứng với khái niệm sắt từ trong nhóm các vật liệu có tính chất từ. Nếu như tính chất sắt từ được phát hiện, nghiên cứu và sử dụng từ rất sớm, thì tính sắt điện lại được phát hiện khá muộn trong lịch sử vào năm 1920 ở muối Rochelle bởi Valasek. 1.2.3. Các tính chất của sắt điện. a. Sự tồn tại phân cực tự phát trong vật liệu sắt điện. Độ phân cực tự phát là đặc trưng quan trọng nhất của vật liệu sắt điện. Nó được định nghĩa là giá trị của moment lưỡng cực điện trên một đơn vị thể tích hoặc là giá trị của điện tích trên một vùng bề mặt cơ sở vuông góc với trục của phân cực tự phát. 1 S P MdV V   (1.8) với M là moment lưỡng cực điện trên một đơn vị thể tích, V là thể tích tinh thể. Việc hình thành mômen lưỡng cực điện tự phát trong tinh thể là do sự lệch nhau giữa trọng tâm của điện tích dương và điện tích âm trong ô cơ sở của tinh thể, và điều này xảy ra khi điện trường nội khác không trong quá trình phát triển tinh thể và hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc không gian của tinh thể. b. Nhiệt độ chuyển pha Curie của vật liệu sắt điện. Một đặc trưng quan trọng của vật liệu sắt điện đó là nhiệt độ chuyển pha Curie T C , ở đó vật liệu chuyển từ sắt điện thành thuận điện, cấu trúc của vật liệu perovskite cũng thay đổi từ pha cubic sang pha không đối xứng như tetragonal hay orthorhombic. Trong hầu hết các chất sắt điện, sự phụ thuộc của nhiệt độ vào hằng số điện môi ở trên điểm Curie có thể biểu diễn chính xác bằng định luật đơn giản gọi là định luật Curie-Weiss. 0 0 C TT    (T>T 0 ) (1.9) trong đó C: hằng số Curie-Weiss, T 0 nhiệt độ Curie-Weiss. T 0 khác với điểm Curie T C . Trong trường hợp chuyển pha loại một: T 0 <T C , trong khi với chuyển pha loại hai: T 0 =T C . Hằng số Curie-Weiss được xác định từ độ dốc của đường 1   theo T. c. Cấu trúc đômen của vật liệu sắt điện. Hình 1.6. Pha cấu trúc và phân cực tự phát. Cấu trúc của vật liệu sắt điện cũng giống như vật liệu sắt từ đó là việc hình thành các đômen sắt điện xếp cạnh nhau. Các đômen được phân chia bởi các vách đômen (giống như vách Bloch trong moment từ), trong mỗi vách đômen vector phân cực có giá trị của vector phân cực tự phát P (hình 1.7). d. Đƣờng trễ điện môi. Một trong những tính chất quan trọng của vật liệu sắt điện là khả năng dịch chuyển của vectơ phân cực dưới tác dụng của điện trường ngoài. Hệ quả của sự dịch chuyển các vách đômen trong vật liệu sắt điện là việc tạo ra đường trễ điện môi, trong đó độ phân cực P là một hàm phi tuyến của điện trường áp đặt E dọc theo trục sắt điện với các thông số P r , P S , E C (hình 1.8). 1.2.4. Vật liệu sắt điện PZT. Pb(Zr x Ti 1-x )O 3 ( PZT ) là vật liệu sắt điện có hằng số điện môi lớn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau và được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. PZT được biết đến là vật liệu có tính chất sắt điện, áp điện mạnh và nhiệt độ Curie cao (T C = 360 0 C). PZT được xem như tổng hợp từ hai thành phần riêng rẽ PbTiO 3 và PbZrO 3 . Các tính chất sắt điện của PZT có nguồn gốc từ sự dịch chuyển các cation Ti 4+ /Zr 4+ giữa hai trạng thái lệch khỏi tâm của khối bát diện TiO 6 /ZrO 6 tương ứng khi có điện trường ngoài tác dụng. 1.3. Vật liệu orthoferrite (Perovskite LaFeO 3 ). Hợp chất sắt từ được chế tạo và nghiên cứu trong luận văn này là hợp chất perovskite hệ sắt được gọi là orthoferrit lantan LaFeO 3 . Trong mấy năm gần đây hợp chất perovskite này được chú ý nghiên Hình 1.7. Đômen của vật liệu sắt điện. Hình 1.8. Đường cong điện trễ. cứu do có hiệu ứng nhiệt điện cao ở nhiệt độ cao, ở dạng bột nano chúng có thể dùng để làm xúc tác, sensor nhạy khí Qua các nghiên cứu cho thấy hoạt tính xúc tác của một số hợp chất như sau: LnCoO 3 ~ LnMnO 3 >LnFeO 3 >>LnCrO 3 . Hoạt tính xúc tác của các ôxit perovskite được dùng làm xúc tác trong quá trình tổng hợp nhiên liệu quan trong là khí H 2 trong hóa học vào công nghiệp [1]. LaFeO 3 có tính nhạy khí cao nhất, ngay cả với khi ở nhiệt độ cao và cấu trúc rất bền nên rất thuận lợi cho làm chất xúc tác cho các phản ứng tổng hợp khí. Các phản ứng tổng hợp khí diễn ra trên bề mặt của LaFeO 3 có thể xảy ra như sau: CH 4 (khí) + [O] mạng  CO(khí) + H 2 + [ ] mạng [ ] mạng + [không khí]  [O] mạng + N 2 (khí) Trong đó, [O] mạng : ôxy mạng (lattice oxygen) LaFeO 3 và   mang là vacancy oxy. LaFeO 3 là hợp chất có tính sắt từ và có nhiệt độ Curie (T C ) rất khá cao, cỡ 700K, trong khi T C các hệ perovskite khác như LaMnO 3 , CaMnO 3 ….nhiệt độ Curie chỉ cỡ 100K. LaFeO 3 là hợp chất peroskite ABO 3 có cấu trúc orthorhombic có trục c lớn hy vọng khi tạo composit với PZT cũng là perovskite ABO 3 có thể làm tăng độ lệch tâm đối xứng dẫn đến làm tăng độ phân cực. Vì vậy trong luận văn này chúng tôi đã sử dụng LaFeO 3 có tính sắt từ kết hợp với hợp chất sắt điện (PZT) có điểm Curie cỡ 500K để tạo nên một hợp chất composit-multiferroic. Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. 2.1. Chế tạo mẫu. 2.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi và tính chất điện, từ. 2.2.1. Phân tích cấu trúc tinh thể. 2.2.2. Khảo sát cấu trúc tế vi. 2.2.3. Khảo sát tính chất từ. 2.2.4. Khảo sát tính chất điện. Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chế tạo mẫu. 3.1.1. Chế tạo mẫu bột nanô LaFeO 3 bằng phƣơng pháp sol-gel. Hình 3.1. Qui trình chế tạo mẫu LaFeO 3 bằng phƣơng pháp Sol-gel. 3.1.2. Chế tạo mẫu (PZT) Mẫu PZT [Pb 0.95 Sr 0.05 (Zr 0.53 Ti 0.47 )O 3 ] được chế tạo bằng phương pháp gốm thông thường. 3.1.3. Chế tạo mẫu composite (PZT) 1-x (LaFeO 3 ) x . Mẫu composite (PZT) 1-x (LaFeO 3 ) x được chế tạo bằng phương pháp gốm theo tỷ lệ thành phần như công thức phân tử trên. Quy trình nguyên tắc chế tạo mẫu bằng phương pháp gốm được thực hiện theo sơ đồ sau: Dung dị ch hỗn hợp La(NO 3 ) 3 , Fe(NO 3 ) 3 và Axit Citric Sol Gel Khuấy, gia nhiệt và điều chỉ nh pH bằng dung dị ch NH 4 OH Nung thiêu kết ở nhiệt độ 300 0 C, 500 0 C, 700 0 C trong 3h Xerogel Khuấy, gia nhiệt và điều chỉ nh pH bằng dung dị ch NH 4 OH Sản phẩm Sấy Khuấy từ Nghiền trộn mẫu Ép, nung thiêu kết Gia công mẫu Khảo sát tính chất Chuẩn bị nguyên liệu (PZT) 1-x (LaFeO 3 ) x Hình 3.2. Sơ đồ chế tạo mẫu bằng phƣơng pháp gốm. 3.2. Kết quả và thảo luận 3.2.1. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể và cấu trúc tế vi : 3.2.1.1. Cấu trúc tinh thể của nano-LaFeO 3 . Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu LaFeO 3 chế tạo bằng phương pháp sol-gel nung tại các nhiệt độ 300 0 C, 500 0 C, và 700 0 C trong thời gian 3h được chỉ ra trên hình 3.1. Dễ dàng nhận thấy rằng, pha LaFeO 3 đã xuất hiện tại nhiệt độ thiêu kết 700 0 C. 20 30 40 50 60 70 (224) (312) (220) (202) (100) (200) (3) (2) (1) C- êng ®é (®.v.t.y)  (®é) (1) LaFeO 3 (300 0 C) (2) LaFeO 3 (500 0 C) (3) LaFeO 3 (700 0 C) Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu LaFeO 3 chế tạo bằng phƣơng pháp sol-gel nung thiêu kết tại các nhiệt độ 300 0 C, 500 0 C, và 700 0 C trong thời gian 3h. Tốc độ kết tinh tạo pha phụ thuộc nhiệt độ nung thiêu kết và thời gian ủ nhiệt. Nhiệt độ nung càng cao, thời gian ủ nhiệt cần thiết càng nhỏ để hình thành pha perovskite. [...]... mẫu (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 chế tạo bằng phƣơng pháp gốm (b) (c) (a) Hình 3.9 Ảnh SEM của các mẫu (a) PZT; (b) (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (c) (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 thiêu kết tại 11800C (a) (b) (c) Hình 3.10 Ảnh SEM của các mẫu (a) PZT; (b) (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (c) (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 thiêu kết tại 12100C Hình 3.9 và 3.10 là ảnh SEM của mẫu nung thiêu kết ở 11800C và 12100C... PZT (a) và (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 (b) (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 (c) và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 (d) ở nhiệt độ 11800C và 12100 Bảng 3.5 Thông số điện trễ của hệ mẫu (PZT) ; (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 thiêu kết tại nhiệt độ 11800C Mẫu EC(V/cm) Pr(μC/cm2) PZT 500 9.95 (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 [12100C] 983.34 10.45 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 [11800C] 2158.373 9.145 (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 [11800C] 838.273... composite chế tạo (PZT) 1-x (LaFeO3) x (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.03 0.20 0.006 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 M(emu/g) M(emu/g) 0.15 0.004 0.002 0.000 0.10 0.05 0.00 -0.002 -0.05 -0.004 -0.10 -0.006 -0.15 -2000 -1000 0 1000 2000 H(Oe) -1000 0 1000 H(Oe) Hình 3.13 Đƣờng từ trễ của mẫu (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 Hình 3.13 cho kết quả đo đuờng M(H) của các mẫu (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03... mẫu (PZT) ; (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 thiêu kết tại nhiệt độ 11800C và 12100C thể hiện ở bảng 3.5 Từ các đường cong điện trễ của hệ mẫu được thể hiện trong hình 3.15, và bảng số liệu ta nhận thấy khi pha LaFeO3 vào PZT thì mẫu từ sắt điện “mềm”, Ec nhỏ, chuyển thành vật liệu sắt điện “cứng”, Ec lớn hơn, khoảng 500 V/cm và (1000 -2000) V/cm, tương ứng Z ( ) Z () PZT 18000 (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01... 110 101 1- PZT 001 100 C- êng ®é (®.v.t.y) 3- (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 2- (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 (3) (2) (1) 20 30 40 50  (®é) 60 70 2 Hình 3.6 Hình ảnh nhiễu xạ tia X của mẫu PZT( 1); (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01(2) và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 (3) thiêu kết tại nhiệt độ 11800C (3)- (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 (2)- (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 202 220 002 210 002 200 111 101 110 001 100 C- êng ®é (®.v.t.y) (1)- PZT (3) (2)... của mẫu PZT( 1); (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01(2) và (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 (3) thiêu kết tại nhiệt độ 12100C Từ hình (3.6), (3.7) cho thấy các mẫu chế tạo đơn pha với cấu trúc tetragonal ở nhiệt độ phòng với các đỉnh [100], [110], [200], [210] và [211] Hằng số mạng được liệt kê ở bảng 3.2 Bảng 3.2: Hằng số mạng của hệ mẫu PZT; (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 nung thiêu kết tại nhiệt độ 11800C và 12100C... các hằng số mạng của các mẫu composite chế tạo và dự đoán sự phân cực, hằng số điện môi và hằng số cơ điện của các mẫu sẽ tăng 3.3 Cấu trúc tế vi của LaFeO3 và các mẫu (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01; (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 3.3.1 Cấu trúc tế vi của mẫu LaFeO3 chế tạo bằng phƣơng pháp sol-gel Hình 3.8 Ảnh SEM của mẫu nano -LaFeO3 đƣợc gia nhiệt ở 7000C trong 3h Kích thước hạt và hình dạng của mẫu nung được kiểm... từ (nano -LaFeO3) và sắt điện Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3 đã chế tạo thành công hợp chất compossit (PZT) 1-x (LaFeO3) x với x=0.01 và 0.03 bằng phương pháp gốm có một số bước công nghệ cải tiến (bước nghiền trộn phối liệu bằng máy khuấy từ) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, rút ngắn thời gian chế tạo mẫu 3 Các mẫu chế tạo có cấu trúc tinh thể và cấu trúc tế vi tốt thể hiện qua các giản đồ nhiễu xạ tia X và ảnh... mẫu PZT và (PZT) 1-x (LaFeO3) x (PZT) 0.99(FeO3)0.01 PZT 20 20 (b) (a) 10 2 P(C/cm ) P (c/cm 2) 10 0 0 -10 -10 -20 -20 -1000 -500 0 500 -2000 1000 -1000 0 1000 E (V/cm) (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 20 20 (d) (C) 10 2 P(C/cm ) 10 2 P(C/cm ) 2000 E (V/cm) 0 -10 -10 -20 -4000 0 -20 -2000 0 E(V/cm) 2000 4000 -1200 -600 0 600 1200 E(V/cm) Hình 3.15 Đƣờng điện trễ P(E) của mẫu PZT (a) và (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01... kết tại nhiệt độ 11800C và 12100C Mẫu a c c/a PZT 4.043 4.096 1.013 (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 [11800C] 4.037 4.098 1.015 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 [11800C] 3.592 4.818 1.341 (PZT) 0.99 (LaFeO3) 0.01 [12100C] 3.589 4,794 1.336 (PZT) 0.97 (LaFeO3) 0.03 [12100C] 3.593 4.826 Bảng 1.343 số liệu 3.2 cho ta thấy hằng số mạng và tỉ lệ c/a tăng khi hàm lượng LaFeO3 tăng Đó là do LaFeO3 có cấu trúc trực thoi với tỉ lệ c/a cao, . Chế tạo và nghiên cứu vật liệu multferroic LaFeO 3 -PZT Vũ Tùng Lâm Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Khoa Vật lý Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật. đã chế tạo và đưa ra những nhận xét, giải thích kết quả Keywords: Vật lý chất rắn; Vật liệu sắt điện; Vật lý; Vật liệu sắt từ Content Vật liệu