Đặc trưng lưu trữ năng lượng của hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT

Bài viết Đặc trưng lưu trữ năng lượng của hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT được thực hiện bằng phương pháp phát triển hạt trên khuôn định hướng Bi4Ti3O12. Với mục tiêu nâng cao hơn nữa các tính chất sắt điện cũng như hiệu suất lưu trữ năng lượng của hệ gốm BNKT-BCZT.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) ĐẶC TRƯNG LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ GỐM (1-x)BNKT-xBCZT Lê Thị Duy Thảo1,2, Hồ Thị Kim Phụng3, Lê Đại Vương3* Trường THCS THPT Võ Văn Kiệt, Huyện Sông Hinh, Tỉnh Phú Yên Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế *Email: ledaivuongqb@gmail.com Ngày nhận bài: 5/11/2021; ngày hoàn thành phản biện: 8/12/2021; ngày duyệt đăng: 4/4/2022 TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, hệ gốm khơng chì (1-x)Bi0,5(Na0,4K0,1)TiO3 - x(Ba0,844Ca0,156)(Zr0,096Ti0,904)O3 (BNKT-BCZT, với x = 0,0; 0,025; 0,05; 0,075 0,1) chế tạo sử dụng kỹ thuật định hướng Ảnh hưởng nồng độ BCZT đến cấu trúc, vi cấu trúc tính chất lưu trữ lượng hệ gốm khảo sát Kết thực nghiệm cho thấy tất mẫu có pha perovskit tinh khiết với cấu trúc pha thay đổi từ cấu trúc mặt thoi (R3c) sang cấu trúc tứ giác (P4bm) vùng nồng độ BCZT từ đến 0,10 mol kỹ thuật tinh chỉnh Rietveld mẫu XRD Tại nồng độ x = 0,05 mol, hệ gốm có tính chất điện mơi tốt nhất: Độ phân cực dư Pr = 21,1 µC/cm2; Điện trường kháng Ec = 7,6 kV/cm; Mật độ lượng đạt 0,43 J/cm3; Hiệu suất lưu trữ lượng vật liệu đạt 50,7% Việc pha tạp BCZT cải thiện mật độ lưu trữ lượng gốm BNKT gần 400% so với gốm BNKT khơng pha tạp Từ khóa: Gốm khơng chì; BNKT-BCZT; Mật độ lưu trữ lượng; Hiệu suất lưu trữ lượng; Tính chất sắt điện MỞ ĐẦU Gốm áp điện loại vật liệu chức đặc biệt ứng dụng rộng rãi nhiều thiết bị điện tử, chúng lĩnh vực khoa học vật liệu Trong số vật liệu này, PZT quan tâm sở hữu tính chất áp điện tuyệt vời [13] Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu chứa chì gây vấn đề mơi trường nghiêm trọng độc tính chì Vì vậy, việc phát triển hệ vật liệu khơng chì với tính chất áp điện tốt để thay cho PZT đặt thiết Gần đây, vật liệu khơng chì trở thành đối tượng nghiên cứu có nhiều vật liệu chế tạo bao gồm sắt điện có cấu trúc perovskite Về bản, tính chất áp điện 51 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT vật liệu khơng chì hẳn so với vật liệu chứa chì Hệ vật liệu (Ba0,844Ca0,156)(Zr0,096Ti0,904)O3 (BZT-BCT) có hệ số áp điện d33 đạt giá trị 620 pC/N x = 50%, cao giá trị thu PZT-5H Các tác giả nhận định, hệ số áp điện d33 thành phần BZT-50BCT dạng đơn tinh thể định hướng theo số phương tinh thể xác định (texture) đạt giá trị 1500 pC/N Trong vật liệu gốm truyền thống, hạt định hướng ngẫu nhiên, tính chất đo giá trị trung bình tất hạt Các tính chất gốm (đa tinh thể) nhỏ so với đơn tinh thể [4] Bằng cách sử dụng kỹ thuật định hướng phát triển tinh thể vật liệu (tức xếp hướng trục tinh thể hạt theo định hướng xác định), gốm đa tinh thể có tính chất áp điện lớn so với gốm truyền thống, gần tương tương với vật liệu đơn tinh thể [5-7] Cho đến nay, kỹ thuật định hướng xem chìa khóa để nâng cao hệ số áp điện hệ vật liệu khơng chì Gốm sắt điện sử dụng rộng rãi tụ điện lưu trữ lượng mật độ công suất lớn tốc độ sạc / xả nhanh [8]; Hệ gốm sắt điện sở Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3 (BNKT) có đặc điểm độ chênh lệch độ phân cực dư Pr độ phân cực tự phát Ps lớn Do đó, loại vật liệu có tiềm việc cải tiến mật độ lưu trữ lượng Kushvaha cộng [9] chế tạo thành công hệ gốm (1-x)Bi0,5(Na0,5K0,5)0,5TiO3 – xBa0,9Ca0,1Ti0,9Zr0,1O3 phương pháp gốm thơng thường Các thành phần có x = 0,02 0,04 cho thấy hiệu suất lưu trữ lượng cao (~ 50%) so với thành phần khác nghiên cứu Trong nghiên cứu này, việc tổng hợp gốm định hướng khơng chứa chì (1x)[Bi0,5(Na0,4K0,1)TiO3] – x[(Ba0,844Ca0,156)(Zr0,096Ti0,904)O3] (BNKT-BCZT, với x = 0,0; 0,025; 0,05; 0,075 0,1) thực phương pháp phát triển hạt khuôn định hướng Bi4Ti3O12 Với mục tiêu nâng cao tính chất sắt điện hiệu suất lưu trữ lượng hệ gốm BNKT-BCZT THỰC NGHIỆM Trong nghiên cứu này, khuôn Bi4Ti3O12 tổng hợp từ oxit Bi2O3 (99%), TiO2 (99%) phương pháp muối nóng chảy [10] với hỗ trợ hỗn hợp muối Na2CO3 - K2CO3 Bột Bi4Ti3O12 bột (1-x)Bi0,5(Na0,4K0,1)TiO3 - x(Ba0,844Ca0,156) (Zr0,096Ti0,904)O3 (BNKT-BCZT, với x = 0,0; 0,025; 0,05; 0,075 0,1) xác định trước trộn với nghiền bi 20 mơi trường ethanol Sau đó, bột sấy khơ nung sơ 850 ºC để tạo thành hợp chất BNKT-BCZT Chất kết dính (10% khối lượng) trộn với hỗn hợp khuấy từ thời gian cho tạo dung dịch huyền phù đồng Sau đó, cán dung dịch gạch men kính với độ dày khoảng vài trăm micro mét tạo thành mỏng Các màng để khô tự nhiên nhiệt độ phịng 24 Sau đó, màng cắt hình trịn có đường kính 12 mm xếp chồng với khoảng 40-45 lớp màng, sau ép tạo thành viên gốm có độ dày khoảng mm với đường kính 12 mm Gốm thiêu kết nhiệt độ 1100 oC 52 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) Mật độ gốm mẫu xác định phương pháp Achimedes Sự hình thành pha vật liệu nghiên cứu phương pháp nhiễu xạ tia X (D8 ADVANCE) Việc phân tích cấu trúc thực phương pháp sàng lọc Rietveld Các tính chất điện môi hệ gốm đo hệ đo tự động hóa RLC HIOKI 3532, HP 4193A Tính chất sắt điện khảo sát phương pháp Sawyer-Tower KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Như trình bày Hình 1(a) sơ đồ chế tạo hệ gốm khơng chì định hướng BNKT-BCZT Trong phương pháp này, chúng tơi sử dụng khuôn Bi4Ti3O12 (BiT) bột BNKT-BCZT (Bi2O3, TiO2, ZrO2, Na2CO3, K2CO3 BaCO3 CaCO3 với độ tinh khiết ≥ 99,5%) làm nguyên liệu ban đầu Các hạt BNKT-BCZT lấp đầy khoảng trống khuôn mẫu Bi4Ti3O12 ngăn chặn xếp sít lại hạt BiT, tức tránh tiếp xúc trực tiếp hạt BiT với [11] Hình Quy trình chế tạo gốm định hướng Trong quy cần lưu ý việc bổ sung chất liên kết để cán màng cần thiết, nhiên việc tồn chúng gốm ảnh hưởng đến cấu trúc, vi cấu trúc tính chất gốm Do đó, q trình nung thiêu kết cần loại bỏ khỏi gốm Theo giản đồ phân tích nhiệt DTA TGA màng BNKT hình 1(h), đường cong DTA có đỉnh hấp thụ nhiệt 69,15°C, tương ứng với bay nước (loại bỏ phân tử 53 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT nước) mẫu [12], trọng lượng mẫu giảm khoảng 0,7% khối lượng Vùng chuyển tiếp thứ hai khoảng 238 °C liên quan đến việc giải phóng nhóm acetyl [13], tổng khối lượng giảm tương ứng với giai đoạn khoảng 5,78% Đỉnh tỏa nhiệt thứ ba 331,51°C, suy giảm cấu trúc lớp màng [14] Ở giai đoạn cuối, lớp màng phân hủy thành oxit carbon hydrocacbon dễ bay nhiệt độ 360°C với đỉnh tỏa nhiệt 432,3°C Trong thực tế, việc sử dụng nhiệt độ khử chất hữu 432,3°C ủ khơng cho mẫu có tính chất mong muốn Vấn đề phân tích DTA TGA, nhiệt độ tăng với tốc độ 10oC/phút khơng có thời gian lưu nhiệt, với khối lượng mẫu nhỏ, thời gian phản ứng tạo pha xảy Tuy nhiên, khối lượng mẫu lớn, với nhiệt độ nung sơ 432,3°C thời gian khơng đủ để loại bỏ chất kết dính hữu mẫu Vì vậy, để có mẫu gốm với chất lượng tốt thường chọn nhiệt độ khử chất kết dính hữu mẫu 550°C lưu Hình 2(a) biểu diễn mật độ gốm nồng độ khác Mật độ gốm tăng nồng độ BCZT tăng đạt giá trị cao 5,97 g/cm3 (ứng với mật độ tương đối 99,1% giá trị lý thuyết) thể Hình (a) Điều kết chế gia tăng mật độ, kết co lại nhiệt [15] Hình (a) Mật độ (b) Giãn đồ nhiễu xạ tia X gốm BNKT-BCZT Hình 2(b) biểu diễn đỉnh nhiễu xạ 2 từ 20 đến 65º gốm (1-x)BNKT-xBCZT với nồng độ BCZT khác Như thấy với gốm BZCT thể gồm hỗn hợp cấu trúc giả lập phương (Pm3m) cấu trúc tứ giác (P4/mmm), chứng minh tồn đỉnh (200)pc đỉnh kép (200)T/(002)T, phù hợp với kết trước [16, 17] Khi nồng độ BCZT 0,0 mol (chỉ có BNKT), gốm xuất đỉnh đơn (200)R giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy có hình thành pha mặt thoi ((R3c)) Cường độ đỉnh (200)R giảm dần tăng nồng độ BCZT Với gia tăng hàm lượng BCZT, cấu trúc pha biến đổi từ cấu trúc mặt thoi (R3c) sang cấu trúc tứ giác (P4bm), chứng đỉnh (200)R tách thành đỉnh (002)T (200)T Kết hồn tồn phù hợp với cơng bố Kushvaha cộng [9] gốm (1-x)Bi0,5(Na0,5K0,5)0,5TiO3– xBa0,9Ca0,1Ti0,9Zr0,1O3 Pal cộng [18] gốm (1-x)(Bi0,96La0,04)0,5Na0,5TiO3) 54 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) −x(Ba0,90Ca0,10TiO3) Như khoảng nồng độ từ 0,025 đến 0,075 mol BCZT, pha tứ giác (P4bm) mặt thoi (R3c) tồn mẫu, chứng tỏ thành phần nằm biên pha hình thái học (MPB) Tuy nhiên, với nồng độ BCZT lớn 0,075 mol, đỉnh đơn (200)R giảm mạnh đỉnh tứ giác (002)T (200)T tăng với hàm lượng 90% Để quan sát định hướng gốm BNKT-BCZT, hình thái bề mặt mẫu phân tích (Hình 3) Như thấy hình 3(a), kích thước hạt gốm BNKT khoảng µm, tổng hợp theo phương pháp truyền thống thiêu kết 1150 C Tuy nhiên, gốm có kết cấu thể Hình 3(b – f), kích thước hạt gốm lớn khoảng mười lần so với gốm BNKT ngẫu nhiên Cơ chế hình thành hạt gốm định hướng lý giải theo chế phát triển hạt lan dần trình phản ứng pha rắn, phát triển hạt tuân theo định hướng khuôn BiT ban đầu [19] Hussain cộng [20] báo cáo trình cán màng hỗn hợp BNKT, khuôn Bi4Ti3O12 xếp song song với hướng cán Trong q trình thiêu kết, khn Bi4Ti3O12 kết hợp với Bi2O3, TiO2, ZrO2, Na2CO3, K2CO3, BaCO3, CaCO3 để tạo thành hạt BNKT – BCZT Sự phát triển kết cấu với cấu trúc dạng có liên quan chặt chẽ đến đặc tính sinh trưởng hạt [21] Lee cộng [22] cho hạt ma trận tạo mầm bề mặt tiểu cầu, tạo thành lớp kết cấu Các hạt ma trận nhỏ có xu hướng hịa tan khuếch tán vào bề mặt hạt khuôn lớn, dẫn đến tăng trưởng liên tục [23] Tuy nhiên, với hàm lượng BCZT tăng liên tục, kích thước hạt giảm độ xốp tăng lên Lý va chạm hạt BCZT lớn, cản trở phát triển hạt chất Ngoài ra, việc xếp lại tiêu dạng trình thiêu kết tạo lỗ rỗng [11] Hình Ảnh vi cấu trúc gốm (1-x) BNKT-xBCZT: a) gốm BNKT không định hướng thiêu kết 1150 C; Các gốm định hướng: b) x = 0.0; c) x = 0.025; d) x = 0.05; e) x = 0.075; f) x = 0.10 55 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT Hình Sự phụ thuộc số điện môi tổn hao điện môi vào nhiệt độ mẫu đo tần số khác Trên hình phụ thuộc số điện môi  tổn hao điện môi tan vào nhiệt độ mẫu đo tần số 1, 10, 100 500 kHz Như thấy, phổ số điện môi  đỉnh cực đại sắc nét nhiệt độ T > Tm, quan hệ (T) không tuân theo định luật Curie-Weiss thường thấy vật liệu sắt điện bình thường Khi nồng độ BCZT tăng đỉnh cực đại số điện môi tăng mở rộng theo kiểu đặc trưng chuyển pha nhòe vật liệu sắt điện relaxo có giá trị giảm dần Tương ứng với nồng độ BCZT tăng, max tăng dần đạt giá trị cực đại 6680 ứng với nồng độ BCZT 0,05 mol, sau giảm nồng độ BCZT tăng Hình Các đặc trưng chuyển pha nhòe gốm BNKT-BCZT Tương ứng với gia tăng tần số đo, giá trị cực đại số điện môi max giảm, nhiệt độ ứng với cực đại max dịch chuyển phía nhiệt độ cao Kết 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) cho thấy tính chất điện môi phụ thuộc mạnh vào tần số trường ngồi tức có tán sắc điện mơi Đây đặc trưng quan trọng vật liệu sắt điện chuyển pha nhịe Sự tán sắc điện mơi có nguồn gốc từ độ bất trật tự cách xếp cation vị trí B Điều giải thích ion Ba2+ (1,61 Å), Ca2+ (1,34 Å), Zr4+ (0,72 Å) pha tạp vào mạng BNKT chúng thay cho ion Bi3+ (1,17 Å), Na+ (1,39 Å), K+ (1,64 Å) Ti4+ (0,61 Å) [24-27], kết tạo bất trật tự việc phân bố ion vị trí B cấu trúc perovskite ABO3 hình thành chuyển pha khuếch tán, mà điểm Curie định xứ vùng phân cực vi mô phân bố thống kê xung quanh nhiệt độ Tm xác định Cả nhiệt độ TB Tm giảm theo nồng độ BCZT tăng Chúng giải thích hệ gốm BNKT khơng pha tạp có nhiệt độ Tm 262C [25] hệ gốm BCZT có nhiệt độ Tm 78C [28] pha BCZT vào gốm BNKT nhiệt độ Tm giảm nhiệt độ TB giảm theo Để mơ tả trạng thái thủy tinh - phân cực hệ vật liệu BNKT-BCZT, hệ thức Volgel-Fulcher sử dụng: 𝑓 = 𝑓𝑜 exp [𝑘 −𝐸𝑎 ] (𝑇 𝐵 𝑚 −𝑇𝑓 ) (1) Trong f: tần số đo, f0: tần số Debye, T0 = Ea/k, Ea: lượng kích hoạt, k: số Boltzmann, Tf : nhiệt độ đông cứng tĩnh tương ứng với trạng thái thuỷ tinh, Tm: nhiệt độ ứng với số điện môi cực đại Sự phù hợp tốt số liệu thực nghiệm với hệ thức Vogel – Fulcher Hình 5(a-e) cho thấy hệ thức sử dụng để giải thích trạng thái chuyển pha nhịe hệ vật liệu BNKT-BCZT tương tự trạng thái thủy tinh lưỡng cực có dao động phân cực nhiệt độ đông đặc tĩnh, Tf (Bảng 1) Bảng Tính chất chuyển pha nhồ gốm BNKT-BCZT Mẫu gốm x = 0.00 x = 0.025 x = 0.050 x = 0.075 x = 0.010 Tf (ºC) 78.90 51.7 48.6 40.8 36.3 TF-R (C) 115.8 112.5 109 105 87 Tm (C) 262 257 251 242 237 TB (C) 343 328 321 319 311 Ea (eV) 0.681 1.346 1.582 1.574 1.661 2.27 6.27 1.18 1.80 3.50 10 10 10 10 1016 fo (Hz) 15 15 16 16 Từ bảng này, nhận thấy BNKT khơng pha tạp, giá trị Tf TB 78,9 °C 343 C, giá trị giảm hàm lượng BCZT tăng Điều cho giảm thể tích vùng phân cực nano [9] Hơn nữa, BNKT không pha tạp cho thấy lượng hoạt hóa Ea thấp số tất mẫu nghiên cứu (Ea = 0,681eV) Theo Ren et al [29], giá trị Ea gốm BNKT nằm phạm vi hẹp từ 0,64 eV đến 0,91 eV, xấp xỉ dịch chuyển chỗ vacanci oxy vật liệu sắt điện 57 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT perovskite Hu cộng [30] báo cáo giá trị Ea gốm (1-x)(0,65Bi0,5Na0,5TiO3– 0,35Bi0,1Sr0,85TiO3) -xKNbO3 thay đổi khoảng 1,51 đến 1,64 eV, gần với Ea di chuyển vacanci oxy đến nơi tập trung vacanci oxy cấu trúc perovskite Như thể Hình 5(f), giá trị Ea tăng theo hàm lượng BCZT Sự gia tăng Ea cho thấy yêu cầu động lực lớn định hướng lưỡng cực vùng phân cực nano, điều phù hợp với kết luận Kushvaha cộng [9] Chúng khảo sát dạng đường trễ sắt điện giá trị điện trường kháng Ec, độ phân cực dư Pr dựa vào phương pháp Saywer-Tower Dạng đường trễ sắt điện nhóm mẫu hệ gốm Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3 nhiệt độ phịng biểu diễn hình 6(a-e) Chúng có dạng đặc trưng vật liệu sắt điện Từ dạng đường trễ mẫu, độ phân cực dư Pr điện trường kháng Ec xác định hình 6(f) Hình 6(f) biểu diễn phụ thuộc độ phân cực dư Pr điện trường kháng Ec hệ gốm Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3 theo nồng độ BCZT Có thể nhận thấy rằng, hàm lượng BCZT tăng từ mol đến 0,025 mol, Pr tăng, đạt giá trị cao 21,1 C / cm2 x = 0,025, sau bắt đầu giảm; Mặt khác, Ec dao động hàm lượng BCZT giảm đạt giá trị thấp (7,6 kV/cm) x = 0,10 Từ dạng đường trễ hình 6(a-e), tính chất lưu trữ lượng gốm nghiện cứu Mật độ lưu trữ lượng Wrec đánh dấu màu xanh hình 7(g) thu cách lấy tích phân phần diện tích trục phân cực đường cong xả điện đường trễ sắt điện đơn cực công thức (2): 𝑃 𝑊𝑟𝑒𝑐 = ∫𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝐸d𝑃 𝑟 (2) Hiệu suất lưu trữ lượng vật liệu tính cơng thức (3):  = 𝑊𝑟𝑒𝑐 𝑊𝑟𝑒𝑐 + 𝑊𝑙𝑜𝑠𝑠 (3) Xu hướng thay đổi mật độ lưu trữ lượng Wrec gốm (1-x) BNKT – xBCZT với nồng độ BCZT khác tương tự xu hướng hiệu suất lưu trữ lượng  Cả Wrec  tăng gần tuyến tính, nồng độ BCZT tăng đến 0,075 Mol hệ gốm BNKT nung thiêu kết 1100C đạt giá trị cực đại 0,43 J/cm3 50,7%, sau đại lượng giảm dần Mặt khác, nồng độ BCZT tăng đến 0,025 Mol, giá trị Wloss mẫu tăng từ 0,7 đến 0,85 J/cm3, sau đại lượng có giá trị giảm dần 58 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) Hình (a-f) Tính chất sắt điện, (g-h) tính chất lưu trữ lượng gốm BNKT-BCZT Từ kết thực nghiệm trên, cải tiến tính chất điện mơi dự trữ lượng hệ gốm sắt điện Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3 nồng độ BCZT = 0,075 Mol nung thiêu kết nhiệt độ 1100 C Bảng So sánh tính chất lưu trữ lượng vài hệ gốm sắt điện khơng chì  Wrec Hệ gốm J/cm (%) Tài liệu BNKT 0.10 13.0 0.925BNKT – 0.075BCZT 0.43 50.7 BNKT–BaTiO3 0.14 13.5 [31] xBZT-(1-x)BCT (BCZT) 0.12 70.0 [32] Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3 0.09 [33] (1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3 0.16 13 [34] 59 Nghiên cứu Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT 0.97Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3– 0.03Ba(Nb0.01Ti0.99)O3 0.28 20 [33] 0.97Bi0.5(Na0.5K0.5)0.5TiO3 –0.03(Ba0.70Sr0.03)TiO3 0.20 20.0 [35] 0.98Bi0.5(Na0.5K0.5)0.5TiO3 –0.02Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3 0.37 50 [36] Để đánh giá mức độ cải tiến hệ gốm BNKT-BCZT, mật độ lưu trữ lượng (Wrec) hiệu suất lưu trữ lượng () số hệ gốm không chì tiêu biểu nghiên cứu đề cập so sánh Bảng Các kết từ nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ nung thiêu kết thấp 1100C, lượng lưu trữ lượng hiệu suất lưu trữ lượng đạt giá trị lớn KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, nghiên cứu chế tạo gốm không chì (1x)Bi0,5(Na0,4K0,1)TiO3 - x(Ba0,844Ca0,156)(Zr0,096Ti0,904)O3 (BNKT-BCZT, với x = 0,0 - 0,1) sử dụng kỹ thuật định hướng Ảnh hưởng nồng độ BCZT đến cấu trúc đặc trưng chuyển pha nhòe hệ gốm khảo sát Kết thực nghiệm cho thấy tất mẫu có pha perovskite tinh khiết với cấu trúc pha thay đổi từ cấu mặt thoi sang cấu trúc tứ giác vùng nồng độ BCZT từ đến 0,1 mol Tại nồng độ x = 0,05 mol, hệ gốm có tính chất điện mơi tốt nhất: Mật độ gốm () 5,99 g/cm3, số điện môi max = 6680; Pr = 21,1 µC/cm2; Ec = 7,6 kV/cm; mật độ lượng đạt 0,43 J/cm3 với hiệu suất lưu trữ lượng vật liệu đạt 50,7% Sự bổ sung BCZT cải thiện mật độ lưu trữ lượng gốm BNKT gần 400% so với gốm BNKT không pha tạp LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế đề tài mã số 457/QĐ-CĐCNH 60 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L.D Vuong, P.D Gio, N.D.V Quang, T Dai Hieu, T.P Nam, Journal of Electronic Materials 47(10) (2018) 5944-5951 [2] V.L D., P.D Gio, Journal of Modern Physics 5(14) (2014) 1258 [3] P.Đ Giớ, L.Đ Vương, Hue University Journal of Science 65(2) (2013) [4] G.L Messing, S Poterala, Y Chang, T Frueh, E.R Kupp, B.H Watson, R.L Walton, M.J Brova, A.-K Hofer, R Bermejo, R.J Meyer, Journal of Materials Research 32(17) (2017) 32193241 [5] G.L Messing, S Trolier-McKinstry, E Sabolsky, C Duran, S Kwon, B Brahmaroutu, P Park, H Yilmaz, P Rehrig, K Eitel, Critical Reviews in Solid State Materials Sciences Applications 29(2) (2004) 45-96 [6] L.D Vuong, D.A Quang, V.T Tung, N.H Chuc, N.N Trac, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 31(20) (2020) 18056-18069 [7] L.D Vuong, D.A Quang, P Van Quan, N Truong-Tho, Journal of Electronic Materials 49(11) (2020) 6465-6473 [8] L Zhang, Z Wang, Y Li, P Chen, J Cai, Y Yan, Y Zhou, D Wang, G Liu, Journal of the European Ceramic Society 39(10) (2019) 3057-3063 [9] D.K Kushvaha, S.K Rout, B Tiwari, Journal of Alloys and Compounds 782 (2019) 270-276 [10] A Čontala, M.M Kržmanc, D.J.A.C.S Suvorov, 65(3) (2018) 630-637 [11] T Kimura, T Takahashi, T Tani, Y Saito, Ceramics International 30(7) (2004) 1161-1167 [12] R.P Gonỗalves, F.F da Silva, P.H Picciani, M.L Dias, Materials Sciences Applications 6(02) (2015) 189 [13] M.S Peresin, Y Habibi, J.O Zoppe, J.J Pawlak, O Rojas, Biomacromolecules 11(3) (2010) 674-681 [14] A Rianjanu, A Kusumaatmaja, E.A Suyono, K Triyana, Heliyon 4(4) (2018) e00592 [15] H Naceur, A Megriche, M El Maaoui, Journal of Advanced Ceramics 3(1) (2014) 17-30 [16] D.A Tuan, V.T Tung, L.D Vuong, N.H Yen, L.T.U Tu, Journal of Electronic Materials 47(10) (2018) 6297-6301 [17] D.A Tuana, V.T.T Le Dai Vuongb, N.N Tuanc, N.T Duongc, Journal of Ceramic Processing Research 19(1) (2018) 32-36 [18] V Pal, O.P Thakur, R.K Dwivedi, Journal of Physics D: Applied Physics 48(5) (2015) 055301 [19] D.-d Wei, Q.-b Yuan, G.-q Zhang, H Wang, Journal of Materials Research 30(14) (2015) 2144-2150 [20] A Hussain, C.W Ahn, H.J Lee, I.W Kim, J.S Lee, S.J Jeong, S.K Rout, Current Applied Physics 10(1) (2010) 305-310 [21] Z.H Zhao, M.Y Ye, H.M Ji, X.L Li, X Zhang, Y Dai, Materials & Design 37 (2018) 184-191 61 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT [22] T.G Lee, H.J Lee, S.j Park, T.H Lee, D.h Kim, C.H Hong, H Xu, C.Y Kang, S Nahm, Journal of the American Ceramic Society 100(12) (2017) 5681-5692 [23] Y Yan, K.H Cho, S Priya, Journal of the American Ceramic Society 94(6) (2011) 1784-1793 [24] S.K Ghosh, V Chauhan, A Hussain, S.K Rout, Ferroelectrics 517(1) (2017) 97-103 [25] L.D Vuong, N.T Tho, International Journal of Materials Research 108(3) (2017) 222-227 [26] S.K Rastogi, P Divya, B Praveenkumar, A Kumar, Materials Today: Proceedings 2(4-5) (2015) 2784-2788 [27] Y.J Eoh, E.S Kim, Japanese Journal of Applied Physics 53(8S3) (2014) 08NB04 [28] D.A Tuan, V.T Tung, L.D Vuong, N.H Yen, L.T.U Tu, Journal of Elec Materi 47(10) (2018) 6297-6301 [29] X Ren, H Yin, Y Tang, H Fan, H Yuan, Ceramics International 46(2) (2020) 1876-1882 [30] B Hu, H Fan, L Ning, S Gao, Z Yao, Q Li, Ceramics International 44(9) (2018) 10968-10974 [31] L.D Vuong, P.D Gio, Journal of Alloys and Compounds 817 (2020) 152790 [32] A.R Jayakrishnan, K.V Alex, A Thomas, J.P.B Silva, K Kamakshi, N Dabra, K.C Sekhar, J.A Moreira, M.J.M Gomes, Ceramics International 45(5) (2019) 5808-5818 [33] S Manotham, P Butnoi, P Jaita, N Kumar, K Chokethawai, G Rujijanagul, D.P Cann, Journal of Alloys and Compounds 739 (2018) 457-467 [34] X Liu, J Shi, F Zhu, H Du, T Li, X Liu, H Lu, Journal of Materiomics 4(3) (2018) 202-207 [35] D.K Kushvaha, S.K Rout, B Tiwari, Journal of Alloys and Compounds (2018) [36] P Jaita, R Sanjoom, N Lertcumfu, G Rujijanagul, RSC Advances 9(21) (2019) 11922-11931 62 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 20, Số (2022) ENERGY STORAGE CHARACTERISTICS OF (1-x)BNKT – xBCZT CERAMICS Le Thi Duy Thao1,2, Ho Thi Kim Phung3, Le Dai Vuong3* Vo Van Kieu secondary & high school, Song Hinh district, Phu Yen province University of Sciences, Hue University Hue Industrial College *Email: ledaivuongqb@gmail.com ABSTRACT From this Bi4Ti3O12, we have successfully studied the synthesis of lead-free piezoelectric(1-x)Bi0.5(Na0.4K0.1)TiO3 - x(Ba0.844Ca0.156)(Zr0.096Ti0.904)O3 (BNKT-BCZT, x = 0.0, 0.025, 0.05, 0.075, and 0.1) ceramics using orientation technique The effect of BCZT contents on the structure and the characteristics of relaxor ferroelectric of the ceramics were investigated Experimental results show that with the increase in the BCZT content in the range of to 0.1, the phase structure of the ceramics transforms from the rhombohedral R3c to tetragonal P4bm structure by the Rietveld refinement of XRD data At x = 0.05: high remnant polarization Pr = 16 µC/cm2, low coercive field Ec = 25 kV/cm, Lotgering factor (f) = 0.65, and energy-storage density = 0.43 J/cm3 at 50 kV/cm The BCZT doping improved the energy storage density of BNKT ceramics by nearly 400% compared with undoped BNKT ceramics Thus, the ceramic material has great potential for electrical-energy-storage applications Keywords: BNKT-BCZT, energy storage properties, ferroelectric properties, leadfreeceramic, , textured ceramics 63 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT Lê Thị Duy Thảo sinh 1981 Phú Yên Bà tốt nghiệp Đại học năm 2005 năm 2018, bà tham gia học cao học ngành Vật lý Trường Đại học Khoa học Huế Hiện bà giáo viên Trường THCS THPT Võ Văn Kiệt, Huyện Sông Hinh, Tỉnh Phú Yên Lĩnh vực nghiên cứu: Vật lý chất rắn Hồ Thị Kim Phụng sinh năm 1979 Thừa Thiên Huế Bà tốt nghiệp Đại học năm 2000 Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Huế Hiện bà giáo viên Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Hố học Lê Đại Vương sinh ngày 12/02/1983 Quảng Bình Năm 2008, ông tốt nghiệp cử nhân ngành Vật lý Chất rắn năm 2010, ông tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Vật lý Chất rắn Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Năm 2015, ông tốt nghiệp tiến sĩ chuyên ngành Vật lý chất rắn trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Hiện ông giảng viên Khoa Cơng nghệ Hóa - Mơi trường, Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Vật liệu áp điện, vật liệu nano ứng dụng 64 ... trúc gốm (1-x) BNKT-xBCZT: a) gốm BNKT không định hướng thiêu kết 1150 C; Các gốm định hướng: b) x = 0.0; c) x = 0.025; d) x = 0.05; e) x = 0.075; f) x = 0.10 55 Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT. .. dự trữ lượng hệ gốm sắt điện Bi0.5(Na0.84K0.16)0.5TiO3 nồng độ BCZT = 0,075 Mol nung thiêu kết nhiệt độ 1100 C Bảng So sánh tính chất lưu trữ lượng vài hệ gốm sắt điện khơng chì  Wrec Hệ gốm. . .Đặc trưng lưu trữ lượng hệ gốm (1-x)BNKT-xBCZT vật liệu khơng chì hẳn so với vật liệu chứa chì Hệ vật liệu (Ba0,844Ca0,156)(Zr0,096Ti0,904)O3 (BZT-BCT) có hệ số áp điện d33