(Luận văn) chế tạo và khảo sát các đặc trưng điện môi, áp điện của hệ gốm không chì (k,na,li)(sb,nb)o3 (bi,na,k)zro3

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐẶNG THỊ THU THANH lu an va CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG n ĐIỆN MÔI, ÁP ĐIỆN CỦA HỆ GỐM KHƠNG CHÌ tn to p ie gh (K,Na,Li)(Sb,Nb)O3–(Bi,Na,K)ZrO3 oa nl w d Chuyên ngành : VẬT LÝ CHẤT RẮN lu : 8440104 nf va an Mã số z at nh oi lm ul Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Đình Giớ z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, thực phịng Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Huế hướng dẫn PGS.TS Phan Đình Giớ Các số liệu kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả luận văn lu an n va Đặng Thị Thu Thanh p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN lu Trước tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc đến thầy PGS.TS Phan Đình Giớ tận tình hướng dẫn truyền đạt cho nhiều kiến thức quý báu, giúp thực tốt đề tài luận văn Đồng thời, xin chân thành cảm ơn nghiên cứu sinh khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Huế tạo điều kiện giúp đỡ trình làm thực nghiệm đánh giá kết Tôi xin cảm ơn thầy cô bạn học viên khoa Vật lý trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện giúp đỡ q trình học tập hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn! an n va p ie gh tn to Quy Nhơn, ngày 19 tháng 07 năm 2019 Kí tên d oa nl w Đặng Thị Thu Thanh nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương TỔNG QUAN LÝ THUYẾT lu 1.1 Tổng quan lý thuyết sắt điện an n va 1.1.1 Vật liệu sắt điện gh tn to 1.1.2 Cấu trúc perovskite 1.1.3 Các đặc trưng sắt điện thường sắt điện relaxo p ie 1.2 Tổng quan đặc trưng điện môi, sắt điện áp điện hệ gốm w áp điện khơng chì sở KNN 10 oa nl 1.2.1 Tiềm vật liệu áp điện khơng chứa chì 10 d 1.2.2 Vật liệu áp điện (KxNa1–x)NbO3 (0 < x < 1) 12 lu an 1.2.3 Các đặc trưng cấu trúc tính chất điện hệ gốm áp nf va điện khơng chì sở KNN pha tạp 15 lm ul 1.2.4 Ảnh hưởng BNKZ đến cấu trúc tính chất điện hệ gốm z at nh oi sở KNN 20 Chương CHẾ TẠO MẪU VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ BNKZ ĐẾN CẤU TRÚC, VI CẤU TRÚC CỦA HỆ GỐM (1-x)KNLSN–xBNKZ 24 z gm @ 2.1 Công nghệ chế tạo gốm 24 l 2.2 Kết khảo sát mật độ gốm 29 m co 2.3 Ảnh hưởng BNKZ đến cấu trúc hệ gốm (1-x)KNLSN–xBNKZ an Lu 31 n va ac th si 2.4 Ảnh hưởng BNKZ đến vi cấu trúc hệ gốm (1-x)KNLSN– xBNKZ 34 Chương NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI, SẮT ĐIỆN VÀ ÁP ĐIỆN CỦA HỆ GỐM (1-x)KNLSN–xBNKZ 36 3.1 Ảnh hưởng nồng độ BNKZ đến tính chất điện mơi hệ gốm 36 3.1.1 Sự phụ thuộc số điện môi theo nồng độ BNKZ nhiệt độ phòng 36 lu 3.1.2 Sự phụ thuộc số điện môi theo nhiệt độ 38 an 3.2 Ảnh hưởng nồng độ BNKZ đến tính chất áp điện hệ gốm 41 va n 3.3 Tính chất sắt điện hệ gốm 47 gh tn to KẾT LUẬN 49 ie DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 p QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PZT : Chì Titanate Zirconate (Pb, Zr) TiO3 BNKT : Bi (K, Na) TiO3 KNN : Kali natri niobat (KxNa1–x)NbO3 (0 < x < 1) BT : Bari titanat BNT : bitmut natri titanat KNN – LT : K0.5Na0.5NbO3–LiTaO3 lu an n va : Natri niobat NaNbO3 KN : Kali niobat KNbO3 MPB : Biên pha hình thái học PPT : Pha tứ giác gh tn to NN LT : LiTaO3 ie p 0,96KNNTSx–0,04BNKZ : Hệ vật liệu 0,96(K0,48Na0,52)(Nb0,95–xTa0,05Sbx)O3– : Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X d oa XRD nl w 0,04Bi0,5 (Na0,82K0,18)0,5ZrO3 : K0,48Na0,52Nb0,95Sb0,05 BNKZ : Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 nf va an lu KNNS (1–x)KNLSN–xBNKZ : Hệ gốm (1–x)(K0,48Na0,48Li0,04)(Nb0,95Sb0,05)O3– lm ul xBi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 z at nh oi : (K0,48Na0,48Li0,04)(Nb0,95Sb0,05)O3 BNKZ : Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 SEM : Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét Tc : Nhiệt độ Curie (°C) Cs : Điện dung mẫu kp : Hệ số liên kết điện theo phương bán kính kt : Hệ số liên kết điện theo phương bề dày d33 : Hệ số áp điện theo phương ngang z KNLSN m co l gm @ an Lu n va ac th si lu an n va : Độ phân cực Ps : Độ phân cực tự phát E : Điện trường Ec : Điện trường kháng T : Thừa số xếp chặt Zm : Giá trị cực tiểu tổng trở  : Độ nhịe ε : Hằng số điện mơi  : Góc nhiễu xạ tgδ : Tổn hao điện môi  : Độ cảm điện Pr : Phân cực dư P–E : Đường trễ sắt điện : Tần số oa f : Diện tích bề mặt mẫu nl w S : Hiệu điện p U ie gh tn to P : Tụ điện Rv : Biến trở Ts : Nhiệt độ thiêu kết εm : Hằng số điện môi cực đại Tm : Nhiệt độ tương ứng với số điện môi cực đại ξ : Biểu thị thông số khuếch tán Δ : Độ mở rộng khuếch tán D : Mật độ gốm d : Đường kính fs : Tần số cộng hưởng fp : Tần số phản cộng hưởng d Co, C1, C2 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đường cong điện trễ vật liệu sắt điện Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể họ perovskite ABO3 Hình 1.3 Các đặc trưng sắt điện thường sắt điện relaxo Hình 1.4 Các đa điện phối trí ion Na+/K+ Nb+ hệ tinh thể KNN 13 Hình 1.5 Mẫu XRD gốm 0,96KNNTSx–0,04BNKZ (a) = 20–60 , (b) lu = 44–47 mẫu XRD mở rộng gốm (c) x = 0,04 (d) an n va x = 16 tn to Hình 1.6 Sự phụ thuộc nhiệt độ số điện môi ( r) 150–200 oC 17 gh Hình 1.7 Sự phụ thuộc nhiệt độ số điện môi ( r) 30–450 oC 18 p ie Hình 1.8 a) Sự phụ thuộc r tổn hao tan vào nồng độ Sb (b) Các w đường trễ sắt điện hệ gốm 0,96KNNTSx–0,04BNKZ 19 oa nl Hình 1.9 Sự phụ thuộc hệ số áp điện d33và hệ số kp vào nồng độ Sb 20 d Hình 1.10 Sự phụ thuộc nhiệt độ tính chất điện mơi gốm (a) 0BNKZ, lu nf va an (b) 2BNKZ, (c) 4BNKZ (d) 5BNKZ đo tần số từ đến 100 kHz 21 lm ul Hình 1.11 (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X gốm 0BNKZ, 2BNKZ 4BNKZ z at nh oi 222 Hình 1.12 Các đường trễ P–E mẫu gốm 1BNKZ–5BNKZ đo nhiệt độ phòng 222 z gm @ Hình 2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu gốm truyền thống 24 l Hình 2.2 Sự phụ thuộc mật độ gốm hệ (1–x)KNLSN–xBNKZ vào nồng m co độ BNKZ 31 an Lu Hình 2.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ 32 n va ac th si Hình 2.4 (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X phóng đại góc 2 lân cận 45.5o hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ (b) làm khớp hàm Gauss 33 Hình 2.5 Ảnh hiển vi điện tử quét mẫu gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ 34 Hình 3.1 Sự phụ thuộc số điện môi ε tổn hao điện môi tgδ theo nồng độ BNKZ hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ đo nhiệt độ phòng, tần số 10 kHz 38 lu Hình 3.2 Sự phụ thuộc số điện môi  tổn hao điện môi tg vào an nhiệt độ hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ BNKZ va n khác 39 gh tn to Hình 3.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ Curie TC nhiệt độ chuyển pha TO–T ie vào nồng độ x hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ 40 p Hình 3.4 Phổ dao động cộng hưởng radian hệ gốm (1–x)KNLSN– nl w xBNKZ với thành phần x khác 42 d oa Hình 3.5 Phổ dao động cộng hưởng theo bề dày hệ gốm (1–x)KNLSN– an lu xBNKZ với thành phần x khác 43 nf va Hình 3.6 Sự phụ thuộc hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 lm ul vào thành phần BNKZ hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ thiêu kết z at nh oi nhiệt độ 1110 °C 46 Hình 3.7 Đường trễ sắt điện mẫu gốm (1–x)KNLNS–xBNKZ với nồng độ x = 0,00; 0,02; 0.,04; 0,06; 0,08; 0,10 47 z Hình 3.8 Sự phụ thuộc điện trường kháng Ec độ phân cực dư Pr @ m co l gm gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ vào nồng độ x 48 an Lu n va ac th si DANH MỤC BẢNG BIỂU lu Bảng 2.1 Khối lượng oxit muối cacbonat 15 gam 26 Bảng 2.2 Mật độ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ x khác (x = 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10) 30 Bảng 3.1 Giá trị số điện môi ε tổn hao điện môi tgδ hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ nồng độ x khác (x = 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10) đo nhiệt độ phòng, tần số 10 kHz 37 Bảng 3.2 Giá trị hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ thiêu kết nhiệt độ 1110 °C 45 an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si 39 Trên hình 3.2 phụ thuộc số điện môi ε tổn hao điện môi tg theo nhiệt độ hệ gốm KNLSN–xBNKZ đo tần số 10 kHz lu an n va gh tn to p ie Hình 3.2 Sự phụ thuộc số điện môi  tổn hao điện môi tg vào nhiệt độ nl w hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ BNKZ khác d oa Từ hình 3.2 cho thấy phổ số điện môi theo nhiệt độ tất an lu mẫu gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ x từ đến 0,04 có nf va đỉnh: đỉnh nhiệt độ thấp, đỉnh tương ứng với chuyển pha lm ul từ sắt điện trực thoi sang sắt điện tứ giác (chuyển pha TO–T), đỉnh có cường độ giảm dần nồng độ x tăng; đỉnh thứ hai nhiệt độ cao z at nh oi tương ứng với chuyển pha từ pha sắt điện tứ giác sang pha lập phương thuận điện, điểm chuyển pha Curie TC Khi nồng độ x  0,06, z đỉnh ứng với chuyển pha TO–T biến mất, đỉnh TC Kết @ l gm phù hơp với biến đổi pha cấu trúc tác dụng thành phần BNKZ bàn luận chương Bên cạnh kết cho thấy, với nồng co m độ BNKZ thấp (x  0,04), tổn hao điện môi ổn định khoảng nhiệt an Lu độ phòng đến khoảng 200 oC n va ac th si 40 Từ kết khảo sát phổ số điện mơi theo nhiệt độ hình 3.2, chúng tơi xác định nhiệt độ chuyển pha sắt điện trực thoi– tứ giác TO–T nhiệt độ Curie TC mẫu lu an n va p ie gh tn to Hình 3.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ Curie TC nhiệt độ chuyển pha TO–T vào nồng nl w độ x hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ d oa Trên hình 3.3 đồ thị biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ Curie TC an lu nhiệt độ chuyển pha sắt điện trực thoi–tứ giác TO–T vào nồng độ BNKZ hệ nf va gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ Khi nồng độ BNKZ tăng, nhiệt độ chuyển pha TO–T giảm từ 88 ºC ứng với x = xuống 59 oC ứng với x = 0,04, đỉnh ứng lm ul với x  0,06 biến Trong nhiệt độ Curie TC giảm từ 290 oC ứng với z at nh oi x = xuống 110 oC ứng với x = 0,1 Kết phù hợp với kết J Tangsritrakul [13], báo cáo việc thay BNKZ z (K0,48Na0,52Nb0,95Sb0,05)O3 (KNNS) làm giảm nhiệt độ TC TO–T lưu @ gm ý Ngồi ra, với mẫu gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ khơng pha tạp, đỉnh co l TC sắc nét tương ứng với đặc trưng sắt điện thường, nhiên gia m tăng nồng độ BNKZ (x  0,02), đỉnh số điện môi lại mở rộng theo an Lu kiểu chuyển pha nhòe đặc trưng cấu trúc perovskite bất trật tự ứng với n va ac th si 41 vật liệu sắt điện relaxor [30], chứng tỏ dịch chuyển pha sắt điện – thuận điện mẫu gốm xảy khoảng nhiệt độ 3.2 Ảnh hưởng nồng độ BNKZ đến tính chất áp điện hệ gốm Để nghiên cứu phụ thuộc tính chất áp điện hệ gốm (1–x) KNLSN–xBNKZ vào thành phần BNKZ, sử dụng thiết bị RLC HIOKI 3532 Impedance HP–4193A đo phổ dao động cộng hưởng theo phương radian phương bề dày mẫu trường Đại học Khoa học Huế Kết cho hình 3.4 3.5 Hình 3.4 phổ dao động cộng hưởng lu theo phương radian biểu diễn phụ thuộc tổng trở Z, góc pha  vào tần an va số đo mẫu (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ BNKZ khác nhau: x = n (T0); 0,02 (T1); 0,04 (T2); 0,06 (T3); 0,08 (T4); 0,1 (T5) Hình 3.5 phổ gh tn to dao động cộng hưởng theo phương bề dày mẫu gốm (1–x)KNLSN– p ie xBNKZ ứng với thành phần BNKZ khác nhau: x = (T0); 0,02 (T1); 0,04 d oa nl w (T2); 0,06 (T3); 0,08 (T4); 0,1 (T5) nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si 42 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z l gm @ m co Hình 3.4 Phổ dao động cộng hưởng radian hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với thành phần x khác an Lu n va ac th si 43 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z co l gm @ m Hình 3.5 Phổ dao động cộng hưởng theo bề dày hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với thành phần x khác an Lu n va ac th si 44 Trên sở phổ cộng hưởng dao động theo phương radian thu được, xác định tổng trở Zmin, cặp tần số cộng hưởng fm fn ứng với trường hợp tổng trở Z hệ đạt giá trị cực tiểu (Zmin) cực đại (Zmax) Hệ gốm áp điện khơng chì KNN thường có tổng trở Zmin lớn nên khơng sử dụng trực tiếp cặp tần số fm fn để tính tốn mà phải đánh giá thơng qua hệ thức sau để xác định tần số cộng hưởng fs tần số phản cộng hưởng fp [31]: f = (fp – fs)  (fn – fm)/(1+ 4/M2)1/2 lu an với M = 1/(2fsR1C0)  1/[2fm( C0 + C1)Zmin ] va n Sau sử dụng cơng thức để tính hệ số liên kết điện kp: tn to p ie gh  2 fs  f p  kp    0.395 f  0.574( f  f )  p s p   oa nl w Với kết đo phổ dao động cộng hưởng theo phương bề dày, d xác định cặp tần số cộng hưởng f1, f2 sử dụng chương an lu trình tính kt [31] để tính hệ số liên kết điện kt mẫu gốm nf va Ngoài để xác định hệ số áp điện d33 hệ gốm, sử dụng thiết bị lm ul đo d33 YE2730A, Sinoceramics bảng 3.2 z at nh oi Kết tính hệ số liên kết điện kp, kt đo hệ số áp điện d33 cho z m co l gm @ an Lu n va ac th si 45 Bảng 3.1 Giá trị hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ thiêu kết nhiệt độ 1110 °C Mẫu Zm fs fp kp () (kHz) (kHz) kp d33 d33 f1 f2 (pC/N) (pC/N) (MHz) (MHz) T01 996 260,4 270,0 0,29 080 T02 709 260,0 270,0 0,30 0,29 085 T03 830 265,0 273,5 0,28 kt kt lu an 2,49 7,82 0,35 2,66 8,35 0,35 0,35 078 2,65 8,36 0,36 T11 195 283,0 298,5 0,36 125 2,96 9,40 0,38 T12 441 274,0 289,0 0,36 0,35 120 2,76 8,76 0,38 0,38 T13 709 257,5 270,0 0,34 115 2,75 8,77 0,39 173 2,71 8,78 0,44 2,12 7,02 0,48 0,47 247 2,00 6,60 0,48 134 2,78 8,90 0,41 2,48 7,90 0,39 0,40 081 120 n va tn to p ie gh T21 055 238,0 255,5 0,41 w T22 113 209,5 228,0 0,44 0,44 224 d oa nl T23 105 214,0 235,5 0,47 252 an lu T31 441 274,0 289,0 0,36 nf va T32 452 273,0 288,5 0,36 0,36 151 173 lm ul 148 2,74 8,78 0,41 T41 586 210,0 216,0 0,26 086 2,13 6,70 0,35 2,80 8,70 0,31 0,32 2,93 9,10 0,31 2,80 8,66 0,29 8,68 0,30 0,29 8,73 0,30 z at nh oi T33 195 283,1 298,5 0,36 T52 955 273,1 278,5 0,22 0,22 072 T53 876 267,4 273,0 0,22 071 072 2,80 m 074 co T51 633 211,0 216,0 0,24 l 078 gm T43 829 268,0 275,5 0,26 082 @ 084 z T42 902 236,8 243,7 0,26 0,25 an Lu 2,82 n va ac th si 46 Từ kết đo bảng 3.2, phụ thuộc hệ số liên kết điện kp, kt d33 vào thành phần BNKZ hệ gốm đươc biểu diễn hình 3.6 lu an n va p ie gh tn to nl w d oa Hình 3.6 Sự phụ thuộc hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 vào thành phần BNKZ hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ thiêu kết nhiệt độ 1110 °C an lu nf va Kết hình 3.6 cho thấy tăng nồng độ x BNKZ, hệ số lm ul liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 gia tăng mạnh, đạt giá trị lớn mẫu có nồng độ x = 0,04 với giá trị kp = 0,44; kt = 0,47; d33 = 224 pC/N, z at nh oi sau hệ số giảm nồng độ x tiếp tục tăng Kết biến đổi tác động nhiệt độ thiêu kết đến mật độ gốm, theo kết khảo z sát mật độ gốm đề cập chương 2, nhiệt độ thiêu kết tăng mật @ gm độ gốm gia tăng đạt giá trị lớn nồng độ x = 0,04 mol Ngoài co l nồng độ này, gốm tồn hỗn hợp hai pha sắt điện tứ giác–mặt thoi (T–R), m khả tăng cường hai pha sắt điện T–R dẫn đến tính chất áp điện an Lu sắt điện mẫu gốm tốt [31] n va ac th si 47 3.3 Tính chất sắt điện hệ gốm Để khảo sát tính chất sắt điện hệ gốm KNLSN–xBNKZ, sử dụng phương pháp Sawyer–Tower để xác định dạng đường trễ sắt điện hệ gốm Kết hình 3.7 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu Hình 3.7 Đường trễ sắt điện mẫu gốm (1–x)KNLNS–xBNKZ với nồng độ lm ul x = 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10 z at nh oi Kết hình 3.7 cho thấy đường trễ sắt điện mẫu gốm (1–x) KNLSN–xBNKZ có dạng điển hình vật liệu sắt điện Từ đường trễ z sắt điện thông số sắt điện trường điện kháng Ec độ phân cực dư Pr @ gm xác định Sự phụ thuộc độ phân cực dư Pr trường điện kháng m co l Ec vào nồng độ x BNKZ mô tả hình 3.8 an Lu n va ac th si 48 lu an n va ie gh tn to p Hình 3.8 Sự phụ thuộc điện trường kháng Ec độ phân cực dư Pr gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ vào nồng độ x nl w d oa Như thấy hình 3.8, tăng nồng độ x BNKZ từ đến 0,1, độ an lu phân cực dư Pr tăng đạt giá trị cao (10,44 µC/cm2) mẫu có nồng độ nf va x = 0,04, sau giảm Trong đó, giá trị điện trường kháng giảm từ lm ul 8,7 kV/cm đến giá trị nhỏ 5,74 kV/cm ứng với nồng độ x = 0,04, sau tăng Như biết, tính chất áp điện vật liệu sắt điện thường liên quan đến z at nh oi độ phân cực dư Pr điện trường kháng Ec Gốm áp điện với độ phân cực dư Pr cao có tính chất áp điện cao hơn, độ phân cực dư Pr cao biểu thị z cho mức độ định hướng đômen sắt điện cao Mặt khác, điện trường kháng Ec @ m co l gia tăng thuộc tính áp điện gm thấp tạo điều kiện cho vách đômen dễ dàng dịch chuyển dẫn đến an Lu n va ac th si 49 KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu lý thuyết làm thực nghiệm, chúng tơi hồn thành mục tiêu đặt đề tài luận văn, cụ thể sau: Tổng quan số cơng trình nghiên cứu đặc tính hệ gốm áp điện KNN pha tạp Đã chế tạo thành công hệ gốm áp điện (1–x)(K0,48Na0,48Li0,04) (Nb0,95Sb0,05)O3 –xBi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 phương pháp truyền thống lu thiêu kết nhiệt độ 1110 oC an Kết nghiên cứu cho thấy mật độ gốm tăng tăng nồng độ n va Kết phân tích cấu trúc cho thấy nồng độ x BNKZ ảnh hưởng tn to BNKZ đạt giá trị cao (4,3 g/cm3) nồng độ x = 0,04 gh p ie mạnh đến tính đối xứng cấu trúc gốm Tất mẫu có cấu trúc w perovskit, có biến đổi pha cấu trúc nồng độ x thay đổi Tại nồng Kết phân tích ảnh SEM cho thấy nồng độ x ảnh hưởng mạnh d oa nl độ x = 0,04, gốm tồn pha hỗn hợp tứ giác–măt thoi T–R lu an đến vi cấu trúc hệ gốm Khi nồng độ x tăng kích thước hạt giảm, vi Đã xác định ảnh hưởng nồng độ x đến tính chất điện mơi z at nh oi lm ul x = 0,04 nf va cấu trúc đồng đều, hạt xếp chặt với biên hạt rõ ràng, đặc biệt nồng độ hệ gốm KNLSN–BNKZ Khi tăng nồng độ x, số điện môi tăng, nhiệt độ chuyển pha TO–T nhiệt độ TC dịch chuyển phía nhiệt độ thấp z Kết nghiên cứu cho thấy nồng độ x BNKZ ảnh hưởng mạnh gm @ đến tính chất sắt điện áp điện hệ gốm Khi tăng nồng độ x, phân cực dư l co Pr, hệ số liên kết điện kp, kt hệ số áp điện d33 gia tăng đạt giá trị cao m 10,44 µC/cm2; 0,44; 0,47 224 pC/N tương ứng nồng độ x = 0,04 an Lu n va ac th si 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G H Haertling, “Ferroelectric ceramics: history and technology,” J Am Ceram Soc., vol 82, no 4, pp 797–818, 1999 [2] J Rödel, W Jo, K T P Seifert, E.–M Anton, T Granzow, and D Damjanovic, “Perspective on the development of lead–free piezoceramics,” J Am Ceram Soc., vol 92, no 6, pp 1153–1177, 2009 lu [3] an S Bhandari, N Sinha, G Ray, and B Kumar, “Processing and va properties of ferroelectric Bi0 (Na0 65K0 35) 0.5 TiO3 ceramics n under the effect of different sintering temperature,” Scr Mater., vol 89, gh tn to I.–H Chan, C.–T Sun, M.–P Houng, and S.–Y Chu, “Sb doping p ie [4] pp 61–64, 2014 w effects on the piezoelectric and ferroelectric characteristics of lead–free oa nl Na0 5K0 5Nb1– x SbxO3 piezoelectric ceramics,” Ceram Int., vol d 37, no 7, pp 2061–2068, 2011 lu G Ray, N Sinha, and B Kumar, “Environment friendly novel nf va an [5] piezoelectric 0.94 [Na0 8K0 2NbO3]––0.06 LiNbO3 ternary ceramic lm ul for high temperature dielectric and ferroelectric applications,” Mater [6] z at nh oi Chem Phys., vol 142, no 2–3, pp 619–625, 2013 M M Vijatović, J D Bobić, and B D Stojanović, “History and Challenges of Barium Titanate: Part I.,” Sci Sinter., vol 40, no 2, z gm @ 2008 Y Xu, Ferroelectric materials and their applications Elsevier, 2013 [8] L D Vuong, P D Gio, T V Chuong, D T H Trang, D V Hung, and m co l [7] an Lu N T Duong, “Effect of Zr/Ti ratio content on some physical properties of low temperature sintering PZT– PZN– PMnN ceramics,” Int J n va ac th si 51 Mater Chem., vol 3, no 2, pp 39–43, 2013 [9] G A Samara and E L Venturini, “Ferroelectric/relaxor crossover in compositionally disordered perovskites,” Phase transitions, vol 79, no 1–2, pp 21–40, 2006 [10] Y G Lv et al., “Tantalum influence on physical properties of (K0 5Na0 5)(Nb1– xTax) O3 ceramics,” Mater Res Bull., vol 44, no 2, pp 284–287, 2009 [11] H Li, Sodium Potassium Niobate–based Lead–free Piezoelectric lu Ceramics: Bulk and Freestanding Thick Films Drexel University, 2008 an [12] M Matsubara, T Yamaguchi, K Kikuta, and S Hirano, “Sinterability va n and piezoelectric properties of (K, Na) NbO3 ceramics with novel to gh tn sintering aid,” Jpn J Appl Phys., vol 43, no 10R, p 7159, 2004 p ie [13] C S Smith, “Macroscopic symmetry and properties of crystals,” in Solid State Physics, vol 6, Elsevier, 1958, pp 175–249 2000 d oa nl w [14] K Uchino, “Ferroelectric Devices Marcel Dekker, Inc,” New York, an lu [15] D Wang, Y Fotinich, and G P Carman, “Influence of temperature on nf va the electromechanical and fatigue behavior of piezoelectric ceramics,” J lm ul Appl Phys., vol 83, no 10, pp 5342–5350, 1998 z at nh oi [16] T Takenaka, H Nagata, Y Hiruma, Y Yoshii, and K Matumoto, “Lead–free piezoelectric ceramics based on perovskite structures,” J Electroceramics, vol 19, no 4, pp 259–265, 2007 z [17] S Gupta, D Maurya, Y Yan, and S Priya, “Development of KNN– @ co 2012, pp 89–119 l gm based piezoelectric materials,” in Lead–Free Piezoelectrics, Springer, m [18] L Wu, J L Zhang, C L Wang, and J C Li, “Influence of an Lu compositional ratio K/Na on physical properties in (K x Na 1– x) NbO n va ac th si 52 ceramics,” J Appl Phys., vol 103, no 8, p 84116, 2008 [19] C Wang, Y Hou, H Ge, M Zhu, H Wang, and H Yan, “Sol––gel synthesis and characterization of lead–free LNKN nanocrystalline powder,” J Cryst Growth, vol 310, no 22, pp 4635–4639, 2008 [20] T R Shrout and S J Zhang, “Lead–free piezoelectric ceramics: Alternatives for PZT?,” J Electroceramics, vol 19, no 1, pp 113–126, 2007 [21] L Egerton and D M Dillon, “Piezoelectric and dielectric properties of lu ceramics in the system potassium—sodium niobate,” J Am Ceram an Soc., vol 42, no 9, pp 438–442, 1959 va n [22] J Wu, H Tao, Y Yuan, X Lv, X Wang, and X Lou, “Role of to sodium niobate lead–free ceramics,” Rsc Adv., vol 5, no 19, pp p ie gh tn antimony in the phase structure and electrical properties of potassium–– 14575–14583, 2015 oa nl w [23] X Pang, J Qiu, K Zhu, and Y Cao, “Effects of Sb content on electrical properties of lead–free piezoelectric (K0 4425Na0 52Li0 0375)(Nb0 d an lu 9625– xSbxTa0 0375) O3 ceramics,” Ceram Int., vol 38, no 2, pp nf va 1249–1254, 2012 z at nh oi p 84, 2004 lm ul [24] Y Saito et al., “Lead–free piezoceramics,” Nature, vol 432, no 7013, [25] J Tangsritrakul and D A Hall, “Structural and functional characterisation of KNNS––BNKZ lead–free piezoceramics,” Adv z @ Appl Ceram., vol 117, no 1, pp 42–48, 2018 l gm [26] X Cheng et al., “Giant d 33 in (K, Na)(Nb, Sb) O3–(Bi, Na, K, Li) m vol 103, no 5, p 52906, 2013 co ZrO3 based lead–free piezoelectrics with high T c,” Appl Phys Lett., an Lu [27] X Wang et al., “Giant piezoelectricity in potassium––sodium niobate n va ac th si 53 lead–free ceramics,” J Am Chem Soc., vol 136, no 7, pp 2905–2910, 2014 [28] F.–Z Yao, E A Patterson, K Wang, W Jo, J Rödel, and J.–F Li, “Enhanced bipolar fatigue resistance in CaZrO3–modified (K, Na) NbO3 lead–free piezoceramics,” Appl Phys Lett., vol 104, no 24, p 242912, 2014 [29] B Liu, Y Zhang, P Li, B Shen, and J Zhai, “Phase transition and electrical properties of Bi0 (Na0 8K0 2) 0.5 ZrO3 modified (K0 lu 52Na0 48)(Nb0 95Sb0 05) O3 lead–free piezoelectric ceramics,” an Ceram Int., vol 42, no 12, pp 13824–13829, 2016 va n [30] K Uchino, “Relaxor ferroelectrics,” J Ceram Soc Japan, vol 99, no to gh tn 1154, pp 829–835, 1991 ie [31] H Jaffe et al., “IRE standards on piezoelectric crystals: measurements p of piezoelectric ceramics,” Proc IRE, vol 49, no 1161–1169, pp 9–17, d oa nl w 1961 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th si