Bài viết Ảnh hưởng của nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc và tính chất áp điện của gốm KNLNS-BNKZ trình bày một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc bù kim loại kiềm đến cấu trúc và tính chất áp điện của hệ gốm 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)1 + x(Nb0,95Sb0,05)O3-0,04Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 với mục đích xác định lượng kiềm bù tối ưu để cải thiện các tính chất điện của hệ gốm trên nền KNN.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ BÙ KIM LOẠI KIỀM ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT ÁP ĐIỆN CỦA GỐM KNLNS-BNKZ Phan Đình Giớ1, Ngơ Vũ Hồi2, Trần Lê Bích Thuận 3, Nguyễn Thị Thanh Huệ4 Khoa Điện, Điện tử Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Trường THCS THPT Nguyễn Viết Xuân, Phú Yên Trường THCS Nguyễn Thị Định, Tuy Hòa, Phú Yên Trường THPT Phạm Văn Đồng, Tây Hòa, Phú Yên *Email: pdinhgio@husc.edu.vn, pdg_55@yahoo.com Ngày nhận bài: 7/6/2021; ngày hoàn thành phản biện: 7/6/2021; ngày duyệt đăng: 4/4/2022 TÓM TẮT Gốm áp điện khơng chì 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)1+x (Nb0,95Sb0,05) O3-0,04Bi0,5 (Na0,82K0,18)0,5 ZrO3 với nồng độ bù kiềm x = 0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 chế tạo phương pháp gốm truyền thống kết hợp với kỹ thuật thiêu kết hai bước Ảnh hưởng hàm lượng bù kiềm đến cấu trúc, vi cấu trúc tính chất áp điện hệ gốm nghiên cứu để xác định nồng độ bù kiềm tối ưu cho hệ gốm Kết thực nghiệm cho thấy ứng với x 0,03, mẫu gốm có cấu trúc perovskit với pha hỗn hợp tứ giác-mặt thoi (R-T), nhiên x 0,04 gốm xuất thêm pha nhỏ thứ hai có cấu trúc tứ giác Tại nồng độ bù kiềm x = 0,02, gốm có vi cấu trúc đồng đều, hạt xếp chặt, lỗ xốp, thông số đặc trưng cho tính chất vật liệu cao Cụ thể mật độ gốm đạt 4,45 g/cm3, hệ số liên kết điện kp = 0,47, kt = 0,51, d33 = 236 pC/N Các giá trị cao nhiều so với mẫu khơng bù kiềm Từ khóa: Áp điện, Bù kiềm, Cấu trúc, Gốm KNLNS-BNKZ MỞ ĐẦU Gốm áp điện (K, Na)NbO3 (KNN) có nhiệt độ Curie cao (420 oC) tính chất áp điện tốt lân cận biên pha hình thái học, thân thiện với mơi trường có triển vọng ứng dụng xem ứng cử viên phù hợp để thay gốm chì độc hại [1, 2, 3] Hệ gốm đặc biệt quan tâm sau cơng trình Saito cộng công bố đặc tính áp điện gốm KNN tương đương với gốm có chì PZT [4] 29 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ Tuy nhiên đặc tính bay cao nguyên tố kiềm nhiệt độ thiêu kết cao nên khó để chế tạo gốm KNN với tỷ trọng lớn, tính chất điện tốt kỹ thuật thiêu kết thơng thường sai lệch thành phần gốm thiêu kết so với thành phần hợp thức hình thành pha thứ hai, kết làm suy giảm tính chất áp điện gốm [5] Do vấn đề đặt cần cải tiến công nghệ chế tạo thay cho phương pháp thông thường [6_10] bổ sung lượng kiềm mát nhiệt độ thiêu kết cao q trình chế tạo Năm 2018, nhóm tác giả Tan Z [11] nghiên cứu ảnh hưởng lượng dư kim loại kiềm Na, K đến đặc tính thiêu kết, cấu trúc pha, tính chất điện mơi, sắt điện áp điện hệ gốm áp điện khơng chì 0,96(K0,48Na0,52)1+xNb0,93Sb0,02Ta0,05O3-0,04Bi0,5(K0,12Na0,88)0,5ZrO3 (viết tắt (KN)xNTS – BKNZ), với x = 0_ 0,04, chế tạo phương pháp phản ứng trạng thái rắn thông thường Hệ gốm (KN)xNTS - BKNZ tồn pha mặt thoi tứ giác (R-T) giá trị TR-T, TC, d33 εr có xu hướng gia tăng x tăng khoảng ≤ x ≤ 0,03 Hệ số áp điện d33 lớn 415 pC/N thu x = 0,03 Ngồi ra, gốm có tính ổn định nhiệt độ tốt Nghiên cứu cho thấy kim loại kiềm dư có ảnh hưởng lớn đến đặc tính thiêu kết tính chất điện gốm KNN Rõ ràng việc bổ sung lượng kim loại kiềm mát cải thiện tính chất gốm sở KNN, nhiên vấn đề chưa quan tâm nghiên cứu nước Bài báo trình bày số kết nghiên cứu ảnh hưởng việc bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện hệ gốm 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)1+x(Nb0,95Sb0,05)O3-0,04Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 với mục đích xác định lượng kiềm bù tối ưu để cải thiện tính chất điện hệ gốm KNN THỰC NGHIỆM Vật liệu gốm chế tạo theo công nghệ truyền thống kết hợp với kỹ thuật thiêu kết hai bước có cơng thức hóa học 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)1+x(Nb0,95Sb0,05)O30,04Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 (KNLNS-0.04BNKZ), với x = 0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05) Các muối cacbonat oxit có độ tinh khiết 99% Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, Nb2O5, Bi2O3, Sb2O3, ZrO2, sử dụng làm nguyên liệu ban đầu Trước cân phối liệu theo tỷ lệ công thức, bột K2CO3 Na2CO3 sấy khô 150 oC để giảm thiểu ảnh hưởng độ ẩm Hỗn hợp bột nghiền trộn 10 môi trường ethanol máy nghiền bi, sau ép áp lực 300 kg/cm2 thành viên có đường kính d = 25 mm tiến hành nung sơ nhiệt độ 850 °C để tạo hợp chất Sau lại tiếp tục nghiền máy nghiền bi 16 Sử dụng máy ép đơn trục, ép hỗn hợp bột thành dạng đĩa có đường kính 12 mm với áp lực 1,5 T/cm2 tiến hành thiêu kết phương pháp thiêu kết hai bước [12] với chế độ nhiệt sau: 30 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) - Sử dụng tốc độ gia nhiệt oC/phút, gia tăng nhiệt độ lò từ nhiệt độ phịng lên 900 oC, sau tiếp tục tăng nhiệt độ lò đến nhiệt độ thiêu kết T1 = 1140 oC với tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút, lưu giữ nhiệt độ T1 thời gian ngắn t1 = phút - Từ T1 =1140 oC, hạ nhanh nhiệt độ xuống nhiệt độ thiêu kết T2 = 1060 oC với tốc độ nhiệt 20 oC/phút lưu giữ nhiệt độ thời gian dài t2 = Sau hạ nhiệt độ lị nhiệt độ phòng Sau thiêu kết, tất mẫu gốm xử lý bề mặt Mật độ gốm mẫu đo phương pháp Archimedes, cấu trúc hệ gốm phân tích máy nhiễu xạ tia X (D8 ADVANCE), vi cấu trúc mẫu chụp kính hiển vi điện tử quét (HITACHI S-4800) Các mẫu gốm tạo điện cực bạc phân cực dầu silicon nhiệt độ 60 oC, điện trường 35 kV/cm 20 phút Các phổ dao động cộng hưởng đo từ hệ đo tự động hóa HIOKI 3532, Impedance HP 4193A Hệ số áp điện d33 xác định máy đo d33 (YE2730A, SINOCERA, Trung Quốc) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nồng độ bù kiềm đến cấu trúc vi cấu trúc gốm 3.1.1 Cấu trúc gốm Trên Hình 3.1 (a) giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu gốm KNLNS-0.04BNKZ có nồng độ bù kiềm x khác (0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05) chụp xạ CuK ( = 1,54178 Å) với góc đo 2 nằm khoảng từ 20 đến 80 o Hình 3.1 (b) giản đồ phóng đại đỉnh nhiễu xạ tia X làm khớp hàm Gauss (Hình 3.1 c) góc 2 lân cận 45,5o Từ giản đồ Hình 3.1 (a) cho thấy tất mẫu gốm KNLNS-0.04BNKZ có nồng độ bù kiềm từ đến 0,03 mol tồn pha perovskit, khơng có pha lạ thứ hai, chứng tỏ ứng với nồng độ ion kiềm dư thừa khuếch tán vào mạng chủ KNN để tạo nên dung dịch rắn ổn định KNLNS-0.04BNKZ Tuy nhiên nồng độ bù kiềm tăng 0,04 mol, phổ nhiễu xạ tia X cho thấy gốm có xuất pha nhỏ thứ hai cho K6Nb10.8O30 với cấu trúc tứ giác (JCPDS # 016-0459) Khả với nồng độ bù kiềm cao, ion kim loại kiềm dư thừa khuếch tán khỏi mạng tinh thể nên dẫn đến xuất pha thứ hai 31 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ Hình 3.1 (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X gốm KNLNS-0.04BNKZ ứng với nồng độ bù kiềm khác (b) Giản đồ nhiễu xạ tia X phóng đại (c) làm khớp hàm Gauss đỉnh nhiễu xạ góc 2 45,5o Từ Hình 3.1 (b) (c) cho thấy cấu trúc pha tất mẫu gốm với nồng độ bù kiềm từ đến 0,04 mol tồn pha hỗn hợp tứ giác-mặt thoi (R-T), thể chồng phủ đỉnh nhiễu xạ (002)T, (200)T (200)R góc 2θ ≈ 45,5o với dạng đỉnh nhiễu xạ mở rộng [23] Điều xác nhận thông qua mô đỉnh nhiễu xạ phương pháp Gauss Hình 3.1 (c) Kết qủa trùng khớp với nghiên cứu trước [13] ảnh hưởng thành phần BNKZ đến pha cấu trúc hệ gốm KNLNS-xBNKZ cho thấy với x = 0,04, cấu trúc pha gốm hỗn hợp hai pha tứ giác-mặt thoi (R-T) Tuy nhiên x tăng thêm (mẫu có x = 0,05), pha hỗn hợp tứ giác_ mặt thoi (R-T) bị triệt tiêu, đỉnh (002)T, (200)T (200)R nhập lại thành đỉnh (200)R ứng với cấu trúc mặt thoi Ngoài ra, từ Hình 3.1 (b), thấy đỉnh nhiễu xạ dịch chuyển phía góc 2θ nhỏ so với đường thẳng đứng màu đỏ Theo định luật Bragg (2dsin = n), góc giảm, có nghĩa d tăng Kết thông số mạng tinh thể trở nên lớn Lý cho nguyên tử kim loại kiềm dư thừa xâm nhập vào mạng tinh thể, chiếm chỗ trống vị trí A Nói cách khác, gốm với lượng bù kim loại kiềm có chỗ khuyết so với khơng bù [11] Nó làm cho mạng mở rộng x tăng, khoảng cách mặt nguyên tử d tăng lên Kết dẫn đến làm giảm góc nhiễu xạ 2θ gốm nồng độ x thay đổi từ đến 0,05 3.1.2 Vi cấu trúc gốm Hình 3.2 ảnh vi cấu trúc mẫu gốm KNNLS-0.04BNKZ có nồng độ bù kiềm khác từ đến 0,05 mol chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Để đánh giá cỡ hạt, sử dụng phương pháp cắt tuyến tính (chương trình Lince) để tính kích thước hạt trung bình 32 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) x = 0.01 x=0 x = 0.03 x = 0.02 x = 0.04 x = 0.05 Hình 3.2 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu gốm KNNLS-0.04BNKZ với nồng độ bù kiềm khác từ đến 0,05 mol Bảng 3.1 Giá trị mật độ gốm kích thước hạt gốm KNLNS-0.04BNKZ với nồng độ bù kiềm khác Nồng độ x (mol) Mật độ gốm (g/cm3) Kích thước hạt (m) d33 (pC/N) 4,26 0,75 197 0,01 4,38 0,90 205 0,02 4,45 1,10 236 0,03 4,31 0,89 124 0,04 4,27 0,70 78 0,05 4,25 0,58 39 kp 0,38 0,42 0,47 0,33 0,25 0,18 kt 0,44 0,47 0,51 0,41 0,30 0,27 Từ kết qủa ảnh SEM cho thấy nồng độ bù kiềm x ảnh hưởng đến vi cấu trúc vật liệu gốm Với nồng độ bù kiềm gia tăng từ đến 0,02 mol, vi cấu trúc gốm ngày dày đặc với hạt dạng vng điển hình vật liệu gốm sắt điện sở KNN [14], biên hạt rõ ràng, lỗ xốp, kích thước hạt trung bình gia tăng, đặc biệt nồng độ x = 0,02 mol (Bảng 3.1) Tuy nhiên nồng độ x tiếp tục gia tăng, số lỗ xốp gia tăng, kích thước hạt có xu hướng giảm, hạt lớn nhỏ không đồng đều, biên hạt không rõ ràng, điều lý giải nồng độ bù kiềm gia tăng từ đến 0,02 mol, mật độ gốm gia tăng mạnh từ 4,26 g/cm3 đến giá trị lớn 4,45 g/cm3 x = 0,02, sau giảm mạnh (Bảng 3.1) Có thể kết luận với nồng độ bù kiềm x = 0,02 mol, gốm KNLNS-0.04BNKZ có tỷ trọng lớn, vi cấu trúc đồng xếp chặt 3.2 Ảnh hưởng nồng độ bù kiềm đến tính chất áp điện gốm 33 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ Hình 3.3 phổ dao động cộng hưởng theo phương radian biểu diễn phụ thuộc tổng trở Z, góc pha vào tần số đo mẫu gốm KNLNS-0.04BNKZ với nồng độ bù kiềm khác 12000 60 3000 ( ) 40 20000 10000 -40 60 30 30000 -30 15000 Gãc pha (®é) -40 30000 90 Z 45000 Gãc pha (®é) -20 Tỉng trë Z 6000 Gãc pha (®é) Tỉng trë Z ( ) 20 x = 0.02 80 Z 40 Tæng trë Z ( ) Z 9000 x = 0.01 40000 x = 0.0 -60 -60 290 300 180 200 220 210 30 9000 -30 6000 Gãc pha (®é) 12000 Tæng trë Z ( ) 230 240 250 -15 x = 0.05 30 Z 2500 9000 6000 -30 -30 3000 -45 2000 -60 -60 1500 -75 1000 -60 3000 220 TÇn sè (kHz) x = 0.04 Z Z ( ) 200 3000 12000 60 x = 0.03 Tỉng trë Z -90 190 260 TÇn sè (kHz) Tần số (KHz) 18000 15000 240 Góc pha (độ) 280 ( ) 270 Tæng trë Z 260 Gãc pha (®é) 250 -80 -80 -90 -90 -90 500 250 260 270 280 290 250 300 260 270 280 260 270 290 280 290 300 TÇn sè (kHz) TÇn sè (kHz) TÇn sè (kHz) Hình 3 Phổ dao động cộng hưởng radian mẫu gốm KNLNS-0.04BNKZ với nồng độ bù kiềm khác nhau: 0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 4200 2800 Tæng trë Z ( ) x = 0.0 Tæng trë Z ( ) 1200 900 600 x = 0.01 3500 x = 0.02 Tæng trë Z ( ) 1500 2800 2100 1400 2100 1400 700 700 300 0 f1 = 2.13MHz f1 = MHz f2 = 6.94MHz 10 f2 = 6.61MHz 9 TÇn sè (MHz) TÇn sè (MHz) TÇn sè (MHz) f2 = 6.72MHz f1 = MHz 2000 400 2000 x = 0.03 x = 0.05 x = 0.04 1000 500 Tæng trë Z ( ) Tæng trë Z ( ) Tæng trë Z ( ) 1500 1500 1000 500 f1= 2,44MHz 0 f1 = 2.56 MHz f2=7,82MHz TÇn sè f (MHz) 10 200 100 f2 = 7.93 MHz 300 10 f2 = 6.53 MHz f1 = 2.12 MHz TÇn sè (MHz) 10 TÇn sè (MHz) Hình Phổ dao động cộng hưởng theo phương bề dày gốm KNLNS-0.04BNKZ với nồng độ bù kiềm khác nhau: 0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05 Trên sở phổ dao động cộng hưởng thu được, giá trị hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 xác định, kết cho Bảng 3.1 34 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) Hình 3.5 phụ thuộc hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 vào nồng độ bù kiềm gốm KNLNS-0.04BNKZ 250 kp d33 0.5 kt 200 150 0.4 100 0.3 50 0.2 Hệsố p điện d33 (pC/N) Hệsố liê n kết điện kp, kt 0.6 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Nång ®é bï kiỊm x (mol) Hình 3.5 Sự phụ thuộc hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 vào nồng độ bù kiềm gốm KNLNS-0.04BNKZ Hình 3.5 cho thấy tăng nồng độ bù kiềm x, hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 gia tăng mạnh, đạt giá trị lớn ứng với mẫu có nồng độ bù kiềm x = 0,02 với giá trị kp = 0,47, kt = 0,51, d33 = 236 pC/N, sau giảm nồng độ x tiếp tục tăng Các giá trị cao nhiều so với mẫu khơng có bù kiềm (kp = 0,38, kt = 0,44, d33 = 197 pC/N), cho thấy việc bù lượng kiềm mát gốm sở KNN qúa trình thiêu kết góp phần cải thiện tính chất áp điện gốm Tuy nhiên thông số áp điện nghiên cứu thấp so với số cơng trình tác giả khác [15, 16] nghiên cứu hệ gốm 0,96(K0,4Na0,6)(Nb0,96Sb0,04)O30,04Bi0,5K0,5Zr0,9Sn0,1O3 (d33 = 350–400 pC/N) chế tạo công nghệ hai bước Khả liên quan đến điều kiện chế tạo nghiên cứu phịng thí nghiệm KẾT LUẬN Các kết nghiên cứu đạt sau: - Đã chế tạo thành công gốm áp điện 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)1+xNb0,93Sb0,02Ta0,05O30,04Bi0,5(K0,12Na0,88)0,5ZrO3 ứng với nồng độ bù kiềm khác phương pháp thiêu kết hai bước - Mật độ gốm tăng tăng nồng độ bù kiềm đạt giá trị cao (4,45 g/cm3) x = 0,02 Giá trị lớn nhiều so với mẫu khơng có bù kiềm (4,26 g/cm3) - Kết phân tích cấu trúc cho thấy nồng độ bù kiềm có ảnh hưởng đến pha cấu trúc gốm Với x 0,03, mẫu gốm có cấu trúc pha perovskit với pha hỗn hợp tứ giác-măt thoi R-T, nhiên x 0,04 gốm có thêm 35 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ pha nhỏ thứ hai với đối xứng tứ giác Ngồi thể tích mạng tinh thể gốm gia tăng nồng độ bù kiềm gia tăng - Kết phân tích ảnh SEM cho thấy nồng độ bù kiềm có ảnh hưởng đến vi cấu trúc gốm Khi nồng độ bù kiềm tăng, gốm có vi cấu trúc đồng đều, hạt xếp chặt, lỗ xốp, đặc biệt x = 0,02 mol - Nồng độ bù kiềm ảnh hưởng mạnh đến tính chất áp điện hệ gốm Khi tăng nồng độ bù kiềm, hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 gia tăng đạt giá trị cao kp = 0,47, kt = 0,51, d33 = 236 pC/N x = 0,02 Các giá trị cao nhiều so với mẫu không bù kiềm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Geeta Ray, Nidhi Sinha, Binay Kumar, Environment friendly novel piezoelectric 0.94[Na0.8K0.2NbO3]-0.06LiNbO3 ternary ceramic for high temperature dielectric and ferroelectric applications, Materials Chemistry and Physics 142, 619-625, (2013) [2] Jiagang Wu, HongTao, YuanYuan, Xiang Lv, Xiangjian Wang and Xiaojie Lou, Role of antimony in the phase structure and electrical properties of potassium–sodium niobate lead-free ceramics, RSC Advances, 5, 14575, (2015) [3] Phan Dinh Gio and Nguyen T Kieu Lien, Effect of LiNbO3 on the structure, microstructure and dielectric, ferroelectric properties of (K0.5Na0.5)NbO3 lead free ceramics, Indian Journal of Scientific research and technology, Vol (5), 48-53, (2015 ) [4] Saito Y, Takao H, Tani T, Nonoyama T, Takatori K, Homma T, Nagaya T, Nakamura M., Lead-free piezoceramics, Nature 432(7013), 84–87 (2004) [5] Mohammad Reza Bafandeh, Raziyeh Gharahkhan, Jae-Shin Lee, Sintering behavior, dielectric and piezoelectric properties of sodium potassium niobate-based ceramics prepared by single step and two-step sintering, Ceramics International 41 (2015) 163–170 [6] Li K., Li F.L., Wang Y., et al Hot-pressed K0.48Na0.52Nb1-xBixO3 (x = 0.05–0.15) lead-free ceramics for electro-optic applications, Mater Chem Phys., 131: 320–324, (2011) [7] Jiro Abe, Masafumi Kobune, Kazuya Kitada and Tetsuo Yazawa, Effects of Spark-Plasma Sintering on the Piezoelectric Properties of High-Density (1 − x)(Na0.5K0.5)NbO3-xLiTaO3 Ceramics, Journal of the Korean Physical Society, Vol 51, No 2, pp.810-814, (2007) [8] Xie Z, Gui Z, Li L, et al Microwave sintering of lead-based relaxor ferroelectric ceramics Mater Lett., 36: 191–194, (1998) [9] Kensuke KATO, Ken-ichi KAKIMOTO, Keiichi HATANO, Keisuke KOBAYASHI and Yutaka DOSHIDA, Lead-free Li-modified (Na,K)NbO3 piezoelectric ceramics fabricated by twostep sintering method, Journal of the Ceramic Society of Japan 122 [6], 460-463, (2014) [10] Li, P., Zhai, J., Shen, B., Zhang, S., Li, X., Zhu, F., & Zhang, X Ultrahigh Piezoelectric Properties in Textured (K,Na)NbO3 -Based Lead-Free Ceramics Advanced Materials, 30(8), 1705171 (2018) 36 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) [11] Tan Z., Xing J., Wu J., Chen Q., Zhang W., Zhu J., & Xiao D (2018) Sintering behavior, phase structure and electric properties of KNNTS-BKNZ ceramics with excessive alkali metals Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29(7), 5337–5348.doi:10.1007/s10854017-8499-5; [12] Ubenthiran Sutharsini, Murugathas Thanihaichelvan and Ramesh Singh, Sintering of Functional Materials, Chapter 1: Two-Step Sintering of Ceramics, Licensee InTech (2018) (http://dx.doi.org/10.5772/68083) [13] Đặng Thị Thu Thanh, Chế tạo khảo sát đặc trưng điện môi, áp điện hệ gốm khơng chì (K, Na, Li)(Nb, Sb)O3-(Bi, Na, K)ZrO3, Luận văn cao học, Đại học Quy Nhơn, 2019 [14] Leandro Alfredo Ramajo, Jonathan Taub, Miriam Susana Castro, Effect of ZnO Addition on the Structure, Microstructure and Dielectric and Piezoelectric Properties of K0.5Na0.5NbO3 Ceramics, Materials Research 2014; 17(3): 728-733 DOI: httpI//dx.doi.org/10.1590/S151614392014005000048 [15] Ting Zheng and Jiagang Wu, Enhanced piezoelectricity over a wide sintering temperature (400–1050 C) range in potassium sodium niobate-based ceramics by two step sintering, J Mater Chem A, 3, 6772, 2015 [16] Jiagang Wu and Yumei Wang, Two-step sintering of new potassium sodium niobate ceramics: a high d33 and wide sintering temperature range, Dalton Trans., 43, 12836 (2014) EFFECT OF ALKALINE EXCESS CONTENT ON THE STRUCTURE AND PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF KNLNS-BNKZ CERAMICS Phan Dinh Gio1, Ngo Vu Hoai2, Tran Le Bich Thuan 3, Nguyen Thi Thanh Hue3 University of Sciences, Hue University Nguyen Viet Xuan High School, Tuy Hoa, Phu Yen Mac Dinh Chi High School, Tuy Hoa, Phu Yen *Email: pdinhgio@husc.edu.vn; pdg_55@yahoo.com ABTRACT The 0.96(K0.48Na0.48Li0.04)1+x(Nb0.95Sb0.05)O3-0.04Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3 piezoelectric ceramics with with different alkaline excess content (x = 0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05) were prepared by using conventional ceramic method combined with twostep sintering technique The effect of excessive alkali metals content on the structure, microstructure and piezoelectric properties of ceramic systems was studied to determine the optimal alkali compensation concentration for ceramic systems Experimental results showed that for x 0.03, all ceramic samples 37 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ have a pure phase perovskite structure with a mixed tetragonal- rhombohedral phase (R-T), however when x 0.04, a tetragonal symmetry second small phase has appeared in ceramics At x = 0.02, the ceramics has a homogeneous microstructure, few pores and the physical properties are the highest: The density of 4.45 g/cm3; the electromechanical coupling factors kp = 0.47, kt = 0.51, the piezoelectric factor d33 = 236 pC/N Keywords: Piezoelectricity, Alkaline excess, Structure, KNLNS-BNKZ ceramics Phan Đình Giớ sinh ngày 2/4/1955 Thừa Thiên Huế Ông tốt nghiệp cử nhân ngành Vật lý năm 1977 thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Chất rắn trường Đại học Tổng hơp Huế năm 1995 Ông nhận học vị tiến sĩ năm 2007 trường Đại học Khoa học, Đại học Huế phong học hàm phó giáo sư năm 2012 Hiện nay, ơng cơng tác Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu gốm điện tử Ngô Vũ Hoài sinh ngày 04 /08 /1981 Phú Yên Năm 2005 ông tốt nghiệp Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Năm 2020, ông tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Vật lí chất rắn trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện ông giảng dạy trường THCS THPT Nguyễn Viết Xuân, Phú Yên Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu gốm áp điện Trần Lê Bích Thuận sinh ngày 20/05/1983 Phú Yên Năm 2007, bà tốt nghiệp ĐHSP Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Hiện nay, bà giảng dạy trường THCS Nguyễn Thị Định, TP Tuy Hoà, Phú Yên Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu gốm điện tử Nguyễn Thị Thanh Huệ sinh ngày 19/02/1987 Phú Yên Năm 2010, bà tốt nghiệp cử nhân ngành Vật lý Trường Đại học Đà Lạt Năm 2019, bà học cao học chuyên ngành Ngành vật lý chất rắn trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện nay, bà giảng dạy trường THPT Phạm Văn Đồng, Phú Yên Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu gốm điện tử 38 ... mol, gốm KNLNS-0.04BNKZ có tỷ trọng lớn, vi cấu trúc đồng xếp chặt 3.2 Ảnh hưởng nồng độ bù kiềm đến tính chất áp điện gốm 33 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm. .. tích ảnh SEM cho thấy nồng độ bù kiềm có ảnh hưởng đến vi cấu trúc gốm Khi nồng độ bù kiềm tăng, gốm có vi cấu trúc đồng đều, hạt xếp chặt, lỗ xốp, đặc biệt x = 0,02 mol - Nồng độ bù kiềm ảnh hưởng. .. 0,04 gốm có thêm 35 Ảnh hưởng nồng độ bù kim loại kiềm đến cấu trúc tính chất áp điện gốm KNLNS-BNKZ pha nhỏ thứ hai với đối xứng tứ giác Ngồi thể tích mạng tinh thể gốm gia tăng nồng độ bù kiềm