Luận văn thạc sĩ HUS chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu nano bền batio2 04

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HẠNH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO NỀN BaTiO3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HẠNH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO NỀN BaTiO3 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỞI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC ĐỈNH Hà Nội - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời cảm ơn Trước hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo: TS Nguyễn Ngọc Đỉnh Người thầy ân cần dạy bảo, tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn vừa qua Nếu khơng có lời hướng dẫn thầy, em nghĩ luận văn em khó hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Em xin chân thành cảm ơn tất thầy - giáo tận tình dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu cho em thời gian học tập rèn luyện trường Em xin gửi tới thầy – ban giám hiệu nhà trường tồn thể thầy cô giáo khoa Vật Lý thể cán bộ, nghiên cứu sinh, sinh viên Bộ mơn Vật lý chất rắn; Phịng Hóa lý – Khoa Hóa – Trường ĐH Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi hướng dẫn giúp đỡ em trình thực luận văn với biết ơn lịng kính trọng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập thực luận văn Hà Nội, ngày 08 tháng 12 năm 2014 Học viên: Nguyễn Thị Hạnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất kết trình bày luận văn kết nghiên cứu hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Ngọc Đỉnh Các số liệu kết luận văn hoàn tồn trung thực khơng có chép từ công bố người khác mà trích dẫn mục tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hạnh LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu AB03 Tên Tiếng Việt Vật liệu perovskite Góc therta T CMR Nhiệt độ Colossal magnetoresistance – Từ trở khổng lồ O Oxi C Nguyên tố Cacbon Năng lƣợng cấm nm Nano met N Nguyên tố Nitơ Ba Nguyên tố Bari Ca Nguyên tố Canxi Ce Nguyên tố Xeri Y Nguyên tố Yttri Sr Nguyên tố Stronti Ti Nguyên tố Titan La Nguyên tố Lantan EDS Tán sắc lƣợng SEM Kính hiển vi điện tử quét XRD Nhiễu xa tia X K Nguyên tố Kali PTC Hiệu ứng hệ số nhiệt điện trở dƣơng ( Posistive thermoresistivity coefficient) PZT Vật liệu PbZr1-xTiO3 KDP Hợp chất KH2PO4 VRH Mơ hình bƣớc nhảy biến đổi P, P Véctơ phân cực độ lớn W Năng lƣợng kích hoạt cho q trình nhảy điện tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com V(r) Tc E, E Thế tƣơng tác điện tử Nhiệt độ chuyển pha Curie Véctơ cƣờng độ điện trƣờng độ lớn Ea Năng lƣợng kích hoạt điện tử dẫn I Cƣờng độ dòng điện U Hiệu điện R Điện trở Z , Z’, Z” Tổng trở, phần thực tổng trở, phần ảo tổng trở kB Hằng số Boltzmann rP Bán kính Polaron ω Tần số góc τ Thời gian hồi phục ε , ε’, εr , εr’ Phần thực số điện môi tƣơng đối/độ thẩm điện môi tƣơng đối ε0 Độ thẩm điện môi chân không ρ Điện trở suất σ Độ dẫn điện υ Chiều cao hàng rào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH ẢNH Tên hình vẽ Hình 1.1 : Cấu trúc Perovskite lý tƣởng Trang Hình 1.2: a, Năng lƣợng tƣơng tác ion B4+ O2- nhƣ hàm khoảng cách R ion b, Sự tạo thành giếng kép mạng ion perovskite sắt điện Hình 1.3 : Pha cấu trúc độ phân cực tự phát BaTiO3 Hình 1.4: Độ phân cực tự phát pha cấu trúc khác BaTiO3 Hình 1.5: 10 a, Đƣờng trễ sắt điện b, Đƣờng trễ sắt điện tinh thể đơn moomen (nét đứt) mẫu đa mômen( nét liền) Hình 1.6: Mơ hình cấu trúc Đơmen vách Đơmen vật liệu sắt điện 11 Hình 1.7: Hằ ng số điê ̣n môi phu ̣ thuô ̣c vào nhiê ̣t đô ̣ của BaTiO 13 εa : Độ thẩm điện môi ứng với trƣờng đƣợc đặt dọc theo trục a, b εc : Độ thẩm điện môi ứng với điện trƣờng đƣợc đặt dọc theo trục c Hình 1.8: Hiệu ứng PTC vật liệu BaTiO3 pha tạp điện 14 Hình 2.1: Giản đồ thời gian trình nung thiêu kết 19 Hình 2.2 Sơ đồ tia tới tia phản xạ tinh thể 20 Hình 2.3: Nhiễu xạ kế tia X Brucker D5005 (Đức) – Khoa Vật lý, Trƣờng đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN 21 Hình 2.4 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử qt SEM 22 Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử quét (SEM), NanoSEM 450 23 Hình 2.6: Giản đồ vectơ tổng trở Z 26 Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo 27 Hình 3.2: Cấu trúc bề mặt mẫu chế tạo 28 Hình 3.3 : Đƣờng cong ε (T) BaTiO3 pha tạp 1% La ( f = 1kHz) 29 Hình 3.4 : Đƣờng cong ε(T) BaTiO3 pha tạp 2% La ( f = 1kHz) 30 Hình 3.5 : Đƣờng cong ε(T) BaTiO3 pha tạp 3% La ( f = 1kHz) 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.6 : Đƣờng cong ε(T) BaTiO3 pha tạp 4% La ( f = 1kHz) 31 Hình 3.7 : Đƣờng cong ε(T) BaTiO3 pha tạp 5% La ( f = 1kHz) 31 Hình 3.8: Đƣờng cong Cole – Cole hệ mẫu BaTiO3 pha tạp La 33 Hình 3.9: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 không pha tạp La nung thiêu kết 1250 oC 4h Hình 3.10: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 1% nung thiêu kết 1250 oC 4h Hình 3.11: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 2% nung thiêu kết 1250 oC 4h Hình 3.12: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 3% nung thiêu kết 1250 oC 4h Hình 3.13: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 4% nung thiêu kết 1250 oC 4h Hình 3.14: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 5% nung thiêu kết 1250 oC 4h 35 36 37 38 39 40 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE SẮT ĐIỆN 1.1 Tổng quan Vật liệu Perovskite sắt điện 1.2 Một số đặc trƣng vật liệu sắt điện 1.2.1 Vật liệu perovskite sắt điện 1.2.1.1 Đặc điểm vật liệu perovskite sắt điện 1.2.1.2 Độ phân cực tự phát 1.2.1.3 Sự phân cực perovskite sắt điện 1.2.1.4 Hiện tƣợng điện trễ - Cấu trúc đômen (domain) 1.2.1.4.1 Hiện tƣợng điện trễ 1.2.4.2 Cấu trúc đômen (domain) vật liệu sắt điện 11 1.2.1.5 Điểm Curie chuyển pha vật liệu sắt điện 11 1.2.2 Hiệu ứng nhiệt điện trở dƣơng (PTC) vật liệu BaTiO3 pha tạp điện tử 13 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 16 2.1 Công nghệ chế tạo 16 2.1.1 Quy trình chế tạo vật liệu: 16 2.1.2 Ép nung thiêu kết 18 2.1.3 Gia công mẫu phủ cực 19 2.2 Các phƣơng pháp đo 20 2.2.1 Nhiễu xạ kế tia X ( XRD) 20 2.2.2 Kính hiển vi điên tử quét (SEM) 22 2.2.3 Phổ tán sắc lƣợng EDS 24 2.2.3 Hệ đo điện trở phụ thuộc nhiệt độ 25 2.2.4 Hệ đo  (T,f) 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Hệ mẫu 27 3.2 Kết nhiễu xạ tia X 27 3.3 Kết khảo sát cấu trúc bề mặt 28 3.4 Sự phụ thuộc số điện môi vào nhiệt độ 29 3.5 Hằng số điện môi phụ thuộc vào tần số mẫu 32 3.6 Thành phần hóa học (phổ EDS, PIXE ICP-MS) 35 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giá trị cực đại max nhiệt độ Tmax tƣơng ứng đƣợc đƣa bàng dƣới Mẫu max Tmax(oC) BaTiO3 1% La 5740 130 BaTiO3 2% La 3760 100 BaTiO3 3% La 6650 125 BaTiO3 4% La 5960 115 BaTiO3 5% La 2860 175 Bảng 3.1: max nhiệt độ Tmax số mẫu BaTiO3 pha tạp Ta thấy rằng, mẫu 2% 5% pha tạp có đƣờng cong điện mơi nhiệt độ bất thƣờng Nguyên nhân ảnh hƣởng nồng độ Ba/Ti thay đổi trình chế tạo mẫu (các chất chƣa phản ứng hết, ion bị trình rửa mẫu), mẫu 2% thừa ion Ti4+ thiếu ion Ba2+ cịn mẫu 5% thiếu ion Ti4+ thừa ion Ba2+ (xem kết phân tích PIXE ICP – MS), làm cho mẫu không giữ đƣợc hợp thức 3.5 Hằng số điện môi phụ thuộc vào tần số mẫu Để nghiên cứu sâu tính chất điện môi vật liệu, vectơ tổng trở phụ thuộc vào tần số đƣợc khảo sát khoảng tần số từ 30kHz đến 30MHz Kết đo đạc đƣợc hình 3.8 dƣới 32 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.8: Đường cong Cole – Cole hệ mẫu BaTiO3 pha tạp La Nhìn vào hình 3.8, ta thấy đƣờng cong Cole – Cole vật liệu xuất hai cung tròng ứng với tần số đặc trƣng khác Đây cộng hƣởng điện môi lần lƣợt biên hạt hạt [1], [14], [16] Các thông số đặc trƣng hạt biên hạt đƣợc phân tích thông qua việc làm phù hợp đƣờng cong Cole – Cole thực nghiệm với mạch tƣơng đƣơng gồm điện trở tụ điện song song mắc nối tiếp Mỗi cặp điện trở tụ điện song song ứng với điện trở tụ điện tƣơng đƣơng biên hạt hạt Kết phân tích đƣợc liệt kê bảng 3.3 với mẫu pha tạp từ 1% - 5% Mẫu Rgb(Ohm) Rb(Ohm) fgb (kHz) fb (MHz) x=0.01 8100 1501 101 60 x=0.02 7500 1000 157 45 x=0.03 7800 430 147 30 x=0.04 8400 427 145 26 x=0.05 8350 410 130 28 Bảng 3.3: Các giá trị phân tích đặc trưng hạt biên hạt 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các kết phân tích cho thấy nhiệt độ phịng, mẫu có điện trở biên hạt Rgb gần nhƣ khơng thay đổi đó, điện trở hạt Rb có xu hƣớng giảm mạnh Điều chứng tỏ, ion La3+ vào tinh thể thay ion Ba2+ nên làm tăng nồng độ điện tử dẫn vật liệu dẫn tới giảm điện trở hạt Trong đó, biên hạt khơng có cấu trúc cụ thể nên điện trở biên hạt hầu nhƣ không phụ thuộc vào nồng độ pha tạp Kết phân tích cho thấy mẫu pha tạp điện tử này, điện trở đóng góp chủ yếu biên hạt nồng độ pha tạp tăng, cho ta hƣớng nghiên cứu vật liệu PTC (vật liệu có hệ số nhiệt điện trở dƣơng) để làm giảm điện trở nhiệt độ phòng họ vật liệu tòm cách làm giảm điện trở biên hạt Đây kết nhận đƣợc hệ mẫu chế tạo phƣơng pháp thủy nhiệt Các nghiên cứu trƣớc [2] phƣơng pháp gốm khơng rút đƣợc kết luận nồng độ đồng mẫu gốm không cao dẫn đến phụ thuộc phức tạp điện trở thành phần vào công nghệ chế tạo Đối với phƣơng pháp thủy nhiệt hạt vật liệu đƣợc hình thành từ mầm nhỏ (bottom-up) nên có độ đồng cao loại bỏ đƣợc nhiều nhiễu loạn không đồng vật liệu Tần số cộng hƣởng hạt biên hạt đƣợc bảng 3.3 Tần số cộng hƣởng biên hạt fgb hầu nhƣ không thay đổi tân số cộng hƣởng hạt fb lại có xu hƣớng giảm mạnh Kết lần cho thấy cấu tạo biên hạt mẫu chế tạo hầu nhƣ không thay đổi Tần số cộng hƣởng hạt giảm mạnh điện dung tƣơng đƣơng hạt giảm Điều giải thích việc pha tạp mạnh làm giảm điện trở mẫu, làm số điện môi mẫu giảm mạnh 34 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.6 Thành phần hóa học (phổ EDS, PIXE ICP-MS) Trƣớc nghiên cứu tính chất vật lý, thành phần hóa học mẫu BaTiO3 khơng pha tạp mẫu BaTiO3 có pha tạp La 1%, 2%, 3%, 4% 5% nung thiêu kết nhiệt độ 1250 oC 4h đƣợc xác định thông qua phổ EDS lần lƣợt đƣợc trình bày hình 3.9 – 3.14 Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 31.77 70.45 532.9 0.01 BaL 43.5 11.24 877.1 0.01 TiK 24.73 18.32 1400.39 0.01 Hình 3.9: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 khơng pha tạp La nung thiêu kết 1250 oC 4h 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết từ hình 3.9 thấy đỉnh phổ đặc trƣng cho nguyên tố Ba, Ti, Không xuất đỉnh phổ nguyên tố lạ Chứng tỏ mẫu BaTiO3 chế tạo đƣợc sạch, khơng có tạp chất Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 21.98 58.55 339.93 0.01 BaL 44.41 13.78 966.81 0.01 TiK 29.79 26.5 1826.24 0.02 LaL 3.82 1.17 83.52 0.14 Hình 3.10: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 1% nung thiêu kết 1250 oC 4h 36 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 28.98 66.34 397.53 0.01 BaL 34.41 9.18 654.21 0.01 TiK 29.59 22.63 1585.37 0.01 LaL 7.02 1.85 134.11 0.09 Hình 3.11: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 2% nung thiêu kết 1250 oC 4h 37 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 27.45 66.83 382.07 0.01 BaL 44.94 12.75 741.74 0.01 TiK 23.79 19.35 1104.22 0.01 LaL 3.82 1.07 63.65 0.16 Hình 3.12: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 3% nung thiêu kết 1250 oC 4h 38 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 22.1 60.66 407.36 0.01 BaL 44.43 14.2 1000.39 0.01 TiK 24.23 22.21 1537.05 0.01 LaL 9.23 2.92 209.88 0.06 Hình 3.13: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 4% nung thiêu kết 1250 oC 4h 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Element Weight % Atomic % Net Int Net Int Error OK 22.26 61.69 491.13 0.01 BaL 49.9 16.11 1258.44 0.01 TiK 21.97 20.33 1558.19 0.01 LaL 5.87 1.87 149.62 0.09 Hình 3.14: Kết phân tích EDS mẫu BaTiO3 pha tạp La 5% nung thiêu kết 1250 oC 4h Kết từ hình 3.9 – 3.14 cho thấy đỉnh đặc trƣng cho ngun tố Ba, Ti, cịn xuất đỉnh đặc trƣng cho nguyên tố La pha tạp vào mẫu Từ cho thấy tồn La đƣợc xác định rõ ràng phổ EDS Do thay đổi pha tạp vào mẫu nhỏ nên thay đổi đỉnh đặc trƣng mẫu thay đổi khơng nhiều Ngồi ngun tố thành phần mẫu khơng thấy tồn nguyên tố lạ Chứng tỏ mẫu Ba1-xLaxTiO3 với x = 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05 chế tạo đƣợc mẫu sạch, khơng có tạp chất lạ Riễng mẫu pha 2% 5% có bất thƣờng tỷ lệ nguyên tố Ba Ti Điều quy trình chế tạo mẫu chƣa đƣợc ổn định lúc dùng axít để rửa mẫu dung nhiều axit dẫn tới việc hòa tan ion kim loại làm ảnh hƣởng đến mẫu Kết tƣơng tự đƣợc thấy kết đo PIXE 40 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết phân tích PIXE Mẫu BaTiO3(không tạp) Layer H Yield Det Filter Element Area value /uC/ Eff Trans Conc %Stat %Fit LOD Z Sym # counts ( -5) ppm (-3) (-5) ppm Error Error ppm - - - - - - 22 TiK 5203044 119 3566 763 59307 240419.7 0.57 0.96 3389.4 Y 56 BaLA 3818142 119 1226 763 58367 521506.1 1.87 0.96 25829.5 Y 57 LaLA 119 1209 763 62112 0 6004.9 N - Mẫu BaTiO3 (1% La) Layer H Yield Det Filter Element Area value /uC/ Eff Trans Conc %Stat %Fit LOD Z Sym # counts ( -5) ppm (-3) (-5) ppm Error Error ppm - - - - - - 22 TiK 5469937 119 3566 763 59307 252740.2 0.52 1.07 3229.1 Y 56 BaLA 3623104 119 1226 763 58367 494842.9 2.07 1.07 27131.2 Y 57 LaLA 48145.5 119 1209 763 62112 6262.0 107.55 9.84 5404.3 ? - Mẫu BaTiO3 (2% La) Layer H Yield Det Filter Element Area value /uC/ Eff Trans Conc %Stat %Fit LOD Z Sym # counts ( -5) ppm (-3) (-5) ppm Error Error ppm - - - - - - 22 TiK 7016736 119 3566 763 59307 324245.3 0.34 0.51 2568.8 Y 56 BaLA 2797925 119 1226 763 58367 382181.1 3.44 0.54 34764.4 Y 57 LaLA 308288 119 1209 763 62112 40101.3 19.45 1.63 6515.4 Y - Mẫu BaTiO3 (3% La) Layer H Yield Element Area value /uC/ Z Sym # counts ( -5) ppm - - - - 22 TiK 5135796 119 3566 56 BaLA 3774968 119 1226 57 LaLA 113474 119 1209 Det Filter Eff Trans (-3) (-5) -763 59307 763 58367 763 62112 Conc ppm 237361.1 515715.0 14762.5 %Stat Error 0.58 1.88 44.43 %Fit Error 0.55 0.54 4.37 LOD ppm 3376.1 25545.7 5232.6 Y Y ? Mẫu BaTiO3 (4% La) Layer H Yield Det Filter Element Area value /uC/ Eff Trans Conc %Stat %Fit LOD Z Sym # counts ( -5) ppm (-3) (-5) ppm Error Error ppm - - - - - - 22 TiK 5444819 119 3566 763 59307 251568.3 0.53 0.84 3195.5 Y 56 BaLA 3511340 119 1226 763 58367 479556.8 2.15 0.84 27056.1 Y 57 LaLA 426754 119 1209 763 62112 55502.7 11.96 1.51 5300.1 Y - Mẫu BaTiO3 (5% La) Layer H Yield Element Area value /uC/ Z Sym # counts ( -5) ppm - - - - 22 TiK 4114851 119 3566 56 BaLA 4074101 119 1226 57 LaLA 293116 119 1209 Det Filter Eff Trans (-3) (-5) -763 59307 763 58367 763 62112 Conc ppm 190123.2 556426.1 38122.8 %Stat Error 0.78 1.42 14.85 %Fit Error 0.71 0.68 1.94 LOD ppm 3649.4 20552.5 4345.5 Y Y Y Từ kết phân tích PIXE cho ta thấy cần phải chuẩn tỷ lệ trực tiếp nguyên tố không phản ánh giá trị đầu vào, sai số lớn (mẫu 2% có tỉ lệ ion Ti4+/Ba2+ xấp xỉ 1:1 cịn mẫu 5% tỉ lệ Ti4+/Ba2+ xấp xỉ 1:5) nên cần xây dựng đƣờng cong chuẩn hóa cho BaTiO3 pha tạp La để phân 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tích hàm lƣợng nguyên tố định lƣợng phƣơng pháp PIXE Vì PIXE phƣơng pháp bán định lƣợng, phép đo phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể thành phần nguyên tố có mẫu Do đó, cần có phép đo phƣơng pháp phân tích xác ICP-MS Kết phân tích ICP – MS ( Khối phổ kế plasma cảm ứng): STT Mẫu Ba (%) Ti (%) La(%) x=0 49.234 50.760 x=0.01 49.848 50.011 0.281 x=0.02 48.241 49.894 1.184 x=0.03 47.875 49.978 2.321 x=0.04 46.987 51.345 3.185 x=0.05 45.812 50.024 4.120 Bảng 3.4: Kết phân tích thành phần định lượng ICP – MS mẫu chế tạo Bảng 3.4 cho thấy kết phần tích định lƣợng phƣơng pháp ICP – MS đƣợc thực Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Đây phƣơng pháp phân tích định lƣợng xác đến pm kết khơng phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể nhƣ phƣơng pháp EDS PIXE (các phƣơng pháp phân tích khơng phá hủy mẫu) Kết cho thấy thành phần mẫu chế tạo sai khác nhiều so với thành phần mong muốn Điều giải thích tích số tan La3+ chƣa đƣợc bù trừ hợp lý chuẩn bị dung dịch ban đầu sau q trình phản ứng ion bị trình rửa mẫu Điều phƣơng pháp chế tạo mẫu thủy nhiệt cần nghiên cứu thêm để hoàn thiện Kết phép đo bán định lƣợng EDS PIXE cho thấy cần xây dựng đƣờng cong chuẩn hóa cho mẫu phân tích để có hệ số chuẩn hiệu dụng xác cho chất 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Trong luận văn này, hệ vật liệu BaTiO3 pha tạp La với tỷ lệ pha tạp x = 0; 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05 đƣợc chế tạo thành công phƣơng pháp thủy nhiệt Các mẫu chế tạo đơn pha có cấu trúc tứ giác nhiệt độ phịng Kích thƣớc hạt tạo thành từ 2-5µm có mật độ cao khoảng trống hạt Kết đo số điện mơi nhiệt độ phịng cho thấy mẫu tạo đƣợc có chuyển pha sắt điện thuận điện rõ nét vào khoảng 120oC nhiệt độ có xu hƣớng giảm dần tăng nông độ pha tạp Kết phân tích tổng trở đƣờng cong Cole – Cole cho thấy điện trở mẫu pha tạp nhiệt độ phịng đóng góp chủ yếu điện trở biên hạt Để làm giảm điện trở mẫu nhiệt độ phòng cần nghiên cứu phƣơng pháp làm giảm điện trở biên hạt Khi tăng tỷ lệ pha tạp, điện trở hạt giảm mạnh chứng tỏ La3+ vào mạng BaTiO3 Kết đo EDS, PIXE ICP-MS cho thấy thành phần nguyên tố Ba Ti mẫu tạo thành chƣa hoàn toàn với mong muốn Đây vấn đề cần đƣợc nghiên cứu sâu để chuẩn hóa q trình chế tạo mẫu Các mẫu chế tạo có số điện mơi lớn thích hợp làm linh kiện điện tử nhƣ tụ gốm, phủ điện cực đầu phát plasma lạnh… 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Nguyễn Văn Đăng (2013), Chế tạo nghiên cứu tính chất điện từ Perovskite AB03 ( BaTi1-xFex03 BaTi1-xMnx03), Luận án tiến sỹ vật lý, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội Nguyễn Ngọc Đỉnh (2011), Chế tạo nghiên cứu số tính chất Perovskite có số điện mơi lớn khả ứng dụng, Luận án tiến sỹ vật lý, Trƣờng ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia, Hà Nội Nguyễn Thị Thủy (2013), Nghiên cứu tính chất điện, từ số Perovskite nhiệt điện, Luận án tiến sỹ vật lý, Trƣờng ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia, Hà Nội Hồ Thị Anh (2011), Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 tổ hợp BaTiO3/Fe3O4 có cấu trúc micro-nano phương pháp thủy phân nhiệt, Luận văn thạc sỹ vật lý, Trƣờng Đại học Công nghệ, Hà Nội Trần Thu Hoa Hồng (2012), Thử nghiệm tổng hợp khảo sát tính chất vật liệu tổ hợp cấu trúc nano sắt điện – sắt từ dạng vỏ lõi, luận văn thạc sỹ vật lý, Trƣờng Đại học công nghệ, Hà Nội Tiếng Anh Yuhuan Xu (1991), “Ferroelectric Materials and Their Applications”, North- Holland Amsterdam-London-New York Tokyo C N R Rao, B Reaveau, (Eds.) (1998), “Colossal Magnetoresistance, Charge ordering and Related Properties of Manganese Oxides”, World Scientific, Singapore Nicola A Hill(2000), “Why are there so few Magnetic Ferroelectrics?”, J Phys Chem B 104 6694 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Charles Kittel (1986), “Introduction to solid state Physics”, John Wiley and Sons, Inc, New York six Edition 10 Moulson A J and Herbert J M.(1990), “Electroceramics- Material properties-applications”, Thomson press 11 Nozaki K.(1995), “BaTiO3-based positive tempeerature coefficient of resistivity ceramics with low resistivities” , J Master Sci., 30(1995) 3395 12 Makosz J J and Urbanowicz (2001), “Relaxalation and resonance Absorption in Dielectrics”, University of Silesia, Institute of physics, Katowice, Poland 13 PTC Engineering notes(3/16/2004), Western Electronic Components Corp 14 Kuwabara M.(1999), “Varistor characteristics in PTCR-type (Ba, Sr)TiO3 ceramics prepared by single- step firing in air”, J Mater Sci., 34 (1999) 2635 15 Mott N.F and Davis E.A.(1971), “Electronic processes in non- crystalline materials”, Clarendon press Oxford, 1971 16 Mott N.F.(1974) , “Metal- Insulator transitions”, Taylor and Francis LTD 17 Austin I G and Mott N F.(1979), “Polaron in Crystalline and Noncrystaline Materials”, Cavendish Laboratory, Cambridge lecture 1979 18 N V.Khiem, L V Bau, L H Son, N X Phuc, D N H Nam (2003), “Influence of A-site cation size on the magnetic and transport properties”, JMMM 262 (2003) 490 19 Coey, Viret et al (2002), “Magnetic Polarons, Charge Ordering and Stripes”, Note in Internet, 24-10- 2002 20 Viret M., Ranno L and Coey J M D.(2002), “Magnetic localization in mixed- valence manganites”, Note in Internet 2002 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 21 Viret M., Ranno L., and Coey J M D.(1997), “Colossal magnetoresistance of the variable range hopping regime in the manganites”, J Apply Phys 81(8), 15 April 1997 22 Neell J and Wood B J., Dorris S E and T O.Mason (1989), “Jonkertype Analysis of Small Polaron Conductor”, Jounal of Solid State Chemistry 82, (1989) 247 23 Mahajan R.P., Patankar K.K(2000), “Electrical properties and magnetoelectric effect in MnFe2O4 and BaTiO3”, Indian Journal of Engineering and Material sciences V.7, p.203-21 24 Warren B.E (1969), “X-ray diffraction in crystals”, Addison Wesley, Masachusetts, USA 25 Yakel H.L (1955), “On the structures of some compounds of the perovskite type” , Acta Cryst, 8, p.394 26 PTC Engineering notes (3/16/2004), Western Electronic Components Corp… 27 Y R Shrout (2007), “ Lead-free piezo electric”: Alternatives for PZT”, J.Electroceram, vol 19, p.111 28 Teranishi ( 2008), “ wide range dielectric spectroscopy on perovskite dielectrics”, Mat.Sci and Eng Vol 161, p.55 29 Y.N Sawangwan (2008), “The effect of Zr content on electrical properties of Ba(Ti1-xZrx)O3 creramics”, Appl Phys A vol 90, p 723 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ HẠNH CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO NỀN BaTiO3 Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 6044 0 104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỞI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:... xin chọn “ Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu nano BaTiO3 ” tiêu đề luận văn Trong luận văn này, chúng tơi xin trình bày kết nghiên cứu chế tạo vật liệu BaTiO3 vật liệu BaTiO3 pha tạp La môi... lớn nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano có cấu trúc đơn pha riêng rẽ, nên khó khăn việc khám phá thêm tính đột phá khoa học vật liệu Do đó, nghiên cứu dựa vật liệu đa pha cấu trúc với tính chất