53 TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011 TÍNH CHẤT ðIỆN MÔI, SẮT ðIỆN CỦA HỆ GỐM PZT-PZN-PMnN Phan ðình Giớ, Lê ðại Vương Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo gốm áp ñiện 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 –(0,35- x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 (viết tắt là PZT–PZN–PMnN) bằng phương pháp truyền thống kết hợp với phường pháp columbit. Ảnh hưởng của nồng ñộ PMnN ñến tính chất ñiện môi và tính chất sắt ñiện của vật liệu ñã ñược nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, tạp phức PMnN ñã làm thay ñổi tính chất ñiện môi và sắt ñiện của vật liệu. Với nồng ñộ PMnN tăng hằng số ñiện môi tại nhiệt ñộ phòng giảm, giá trị cực ñại của hằng số ñiện môi giảm ñồng thời gia tăng ñộ nhòe của dịch chuyển pha sắt ñiện - thuận ñiện. ðộ phân cực dư P r giảm và trường ñiện kháng E c tăng khi nồng ñộ PMnN tăng. Ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075 mol, các thông số về ñiện môi và sắt ñiện của vật liệu như sau: tổn hao ñiện môi tan δ = 0,004, hằng số ñiện môi ε = 1100, T m = 209 0 C và ñộ phân cực dư P r = 14,05 µ C/cm 2 , trường ñiện kháng E c = 9,96 kV/cm. 1. Mở ñầu Gốm Zirconate Titanate Chì Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT) là vật liệu áp ñiện quan trọng ñược sử dụng rộng rãi trong các sensor, bộ cộng hưởng và các bộ lọc. ðể cải thiện các tính chất ñiện môi, sắt ñiện và áp ñiện của gốm, các thành phần có cấu trúc perovskit phức trên nền Pb ñã ñược pha thêm vào gốm PZT như Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 , Pb(Y 2/3 W 1/3 )O 3 , Pb(Mn 1/3 Sb 2/3 )O 3 , Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 [2, 3]. So với gốm PZT, gốm nhiều thành phần có những tính chất nổi bật như hằng số ñiện môi cao, vùng chuyển pha sắt ñiện - thuận ñiện mở rộng, tính chất sắt ñiện và áp ñiện tốt. Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 (PZN) và Pb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 (PMnN) là các gốm sắt ñiện rơlaxo ñiển hình có hằng số ñiện môi lớn và nhiệt ñộ thiêu kết tương ñối thấp [2]. Hệ vật liệu PZT−PZN ñược nhiều nhà khoa học trong nước và thế giới quan tâm nghiên cứu trong những năm gần ñây như 0,9PZT−0,1PZN [7], 0,35Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 − 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 [1, 4] do chúng có hằng số ñiện môi ε lớn, hệ số liên kết ñiện cơ k p lớn, ñộ phân cực dư P r lớn. Tuy nhiên, lại có hệ số phẩm chất cơ học Q m chưa ñược cao, tổn hao ñiện môi tanδ tương ñối lớn nên ñã làm hạn chế ứng dụng của chúng trong các thiết bị công suất như biến thế áp ñiện, mô-tơ áp ñiện, biến tử phát siêu âm công suất [2, 3]. Vì vậy, cần phải cải thiện hơn nữa các tính chất áp ñiện, nâng cao tính chất cơ học và giảm tổn hao ñiện môi của gốm PZT–PZN. 54 Một số các công trình nghiên cứu gần ñây ñã chứng tỏ rằng việc ñưa tạp phức PMnN vào hệ gốm PZT–PZN là một phương pháp hiệu quả nhằm tăng hệ số phẩm chất cơ học và làm giảm tổn hao ñiện môi ñồng thời cải thiện các tính chất ñiện môi, áp ñiện và sắt ñiện [2, 3]. Bài báo này trình bày kết quả chế tạo và nghiên cứu các tính chất ñiện môi, sắt ñiện của hệ gốm 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 –(0,35- x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 . 2. Thực nghiệm Gốm ñược chế tạo theo công nghệ truyền thống kết hợp với phương pháp columbit [1,7] với công thức 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 –(0,35 - x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 . Trong ñó, x = 0,0; 0,05; 0,075; 0,10; 0,125, 0,15 và 0,20 mol (ký hiệu M 0 , M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 , M 6 ) Nguyên liệu ban ñầu là các oxyt: PbO (99%), ZrO 2 (99%), TiO 2 (99%), Nb 2 O 5 (99,9% Merck), ZnO (99%) và MnO 2 (99%). Quá trình tổng hợp dung dịch rắn PZT– PZN–PMnN gồm hai giai ñoạn: Giai ñoạn 1: Chế tạo hợp chất Columbit ZnNb 2 O 6 và MnNb 2 O 6 . Trộn các oxit (ZnO, Nb 2 O 5 ) và (ZnO, MnO 2 ) nghiền trong 8 giờ và nung ở nhiệt ñộ 1050 0 C trong 2 giờ ñể tạo thành các columbit ZnNb 2 O 6 và MnNb 2 O 6 tương ứng. Giai ñoạn 2: Tổng hợp dung dịch rắn PZT-PZN-PMnN. Trộn hỗn hợp Columbit ñã nghiền 6 giờ với hỗn hợp các oxyt PbO, ZrO 2 , TiO 2 theo tỷ lệ hợp thức ứng với mỗi mẫu. Hỗn hợp sau khi nghiền trộn 8 giờ, ñược nung sơ bộ tại nhiệt ñộ 850 0 C trong 2 giờ, sau ñó nghiền 16 giờ, ép thủy lực thành những viên có ñường kính 12mm và nung thiêu kết tại nhiệt ñộ 1150 0 C trong 2 giờ. Tỉ trọng của gốm ñược xác ñịnh bằng phương pháp Ac-si-met. Sự hình thành pha của các mẫu ñược nghiên cứu bởi phương pháp nhiễu xạ tia X (D8 ADVANCE), hình ảnh vi cấu trúc của các mẫu ñược chụp bằng kính hiển vi ñiện tử quét (HITACHI S-4800). Các mẫu gốm ñược tạo ñiện cực bằng bạc và phân cực trong dầu silicon tại nhiệt ñộ 130 o C, ñiện trường 30 kV/cm trong 15 phút. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Mật ñộ gốm PZT-PZN-PMnN Hình 1 biểu diễn sự phụ thuộc của mật ñộ gốm theo nồng ñộ PMnN. Mật ñộ gốm trung bình tăng khi nồng ñộ PMnN tăng và ñạt giá trị lớn nhất (7,81 g/cm 3 ) ứng với nồng ñộ PMnN là 10% mol, sau ñó giảm ứng với nồng ñộ PMnN tăng. 55 0 5 10 15 20 7.55 7.60 7.65 7.70 7.75 7.80 7.85 MËt ®é (g/cm 3 ) Nång ®é PMnN (%mol) Hình 1. Sự phụ thuộc của mật ñộ gốm vào nồng ñộ PMnN Từ ảnh SEM (Hình 2) của các mẫu cho thấy vi cấu trúc của các mẫu khá ñồng ñều và các hạt xếp chặt. Kích thước hạt trung bình của các mẫu giảm dần khi nồng ñộ PMnN tăng và ñạt giá trị nhỏ nhất là 0,65µm ứng với mẫu M 3 . Mẫu M 3 có kích thước hạt nhỏ nhất, các hạt xếp chặt và ñồng ñều nên mẫu này có mật ñộ lớn nhất (7,81 g/cm 3 ). Tuy nhiên, khi nồng ñộ PMnN tiếp tục tăng, kích thước tăng lên, biên hạt không rõ ràng, ñộ xốp lớn (M 4 ) vì thế các mẫu có mật ñộ gốm giảm. Hình Hình 2. Ảnh vi cấu trúc của các mẫu M 0 , M 1 , M 2 , M 3 và M 4 3.2. Tính chất ñiện môi của gốm PZT-PZN-PMnN Hình 3 biểu diễn sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi ε và tổn hao ñiện môi tanδ theo nồng ñộ PMnN tại nhiệt ñộ phòng và tại tần số 1kHz. Hằng số ñiện môi giảm dần khi nồng ñộ PMnN tăng từ 5% mol ñến 20% mol. Tổn hao ñiện môi tanδ giảm khi nồng ñộ PMnN tăng và ñạt giá trị cực tiểu (tanδ = 0,004) ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075 mol (M 2 ), sau ñó tanδ tăng theo nồng ñộ PMnN tăng. ðiều này có thể giải thích là do M 2 M 1 M 0 M 4 M 3 56 PMnN là tạp phức cứng, khi ñưa PMnN vào hệ PZT-PZN, các ion Mn sẽ thay thế vào vị trí B (Ti 4+ và Zr 4+ ) trong cấu trúc perovskit. ðể bù trừ ñiện tích trong mạng tinh thể có sự tạo ra các vacancy oxy. Các vacancy oxy này sẽ gây nên biến dạng ñịnh xứ mạng tinh thể và ngăn cản sự chuyển ñộng của các ñômen. Kết quả là ñiện trở suất giảm, ñộ dẫn tăng, do ñó hằng số ñiện môi và tổn hao ñiện môi giảm. Tuy nhiên, khi ñưa PMnN vào hệ PZT-PZN vượt quá giới hạn hòa tan, chúng không thay thế vào vị trí B trong cấu trúc perovskit mà chảy ra biên và làm giảm tính chất ñiện môi của vật liệu. Do ñó, tổn hao tanδ tăng khi nồng ñộ PMnN lớn hơn 7,5 % mol. 0 5 10 15 20 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Tæn h ao ®iÖn m«i tanδ Nång ®é PMnN (%mol) H»ng sè ®iÖn m«i ε 50 100 150 200 250 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 NhiÖt ®é T ( 0 C) 0 1 2 3 4 5 H»ng sè ®iÖn m«i ε 0 1 2 3 4 5 M0 M1 M2 M3 M4 M5 Tæn hao tan δ Hình 3. Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi và tổn hao ñiện môi vào nồng ñộ PMnN ño ở nhiệt ñộ phòng và tại 1kHz Hình 4. Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi và tổn hao ñiện môi vào nhiệt ñộ của các mẫu ño tại tần số 1KHz Trên hình 4 là sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi ε và tổn hao ñiện môi tan δ vào nhiệt ñộ của các mẫu ño tại tần số 1kHz. Như ñã thấy, phổ hằng số ñiện môi ε không có ñỉnh cực ñại sắc nét và khi nhiệt ñộ T > T m , quan hệ )(T ε cũng không tuân theo ñịnh luật Curie-Weiss như thường thấy ở các vật liệu sắt ñiện bình thường. Khi nồng ñộ PMnN tăng ñỉnh cực ñại của hằng số ñiện môi càng mở rộng theo kiểu ñặc trưng chuyển pha nhòe của các vật liệu sắt ñiện relaxo và có giá trị giảm dần. Hình 5 biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt ñộ T m (nhiệt ñộ ứng với giá trị hằng số ñiện môi cực ñại ε max ) của hệ gốm vào nồng ñộ PMnN. Như ñã thấy, nhiệt ñộ T m giảm khi nồng ñộ PMnN tăng. Do Pb(B 1 2+ 1/3 B 2 5+ 2/3 )O 3 có ñược tính sắt ñiện là nhờ sự di trú tự phát của ion B 1 2+ vào tâm bát diện ôxy, nên T m cao có nghĩa là cần phải có ñộng năng chuyển ñộng nhiệt lớn ñể phá hủy tính sắt ñiện. ðiểm nóng chảy của MnO, ZnO, và ZrO 2 lần lượt là 1650 0 C, 1975 0 C và 2677 0 C, tức là năng lượng liên kết của cầu Mn–O nhỏ hơn so với cầu Zn–O và cầu Zr–O [3]. Nhiệt ñộ T m của PMnN là 160 0 C, nhỏ hơn so với nhiệt ñộ T m của PZT-PZN (T m > 250 0 C [1, 4]). Do ñó, khi pha PMnN vào hệ PZT- PZN, nhiệt ñộ T m của hệ PZT-PZN-PMnN giảm dần ứng với nồng ñộ PMnN tăng dần. ðể chứng minh trạng thái chuyển pha nhòe của hệ vật liệu, chúng tôi sử dụng ñịnh luật Curie – Weiss mở rộng, biểu diễn mối liên hệ giữa hằng số ñiện môi và nhiệt ñộ ở vùng nhiệt ñộ trên T m như sau: 57 ( ) ' 11 max C TT m γ εε − =− (2) hay ( ) 'lnln 11 ln max CTT m −−= − γ εε (3) trong ñó, C’ là hằng số Curie – Weiss mở rộng, γ ñặc trưng cho ñộ nhòe )21( < < γ . ðồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa ln(1/ε – 1/ε max ) và ln(T – T m ) ñược mô tả trong hình 6. ðường làm khớp cho thấy sự phù hợp khá tốt giữa số liệu thực nghiệm và hệ thức (3). Giá trị γ của tất cả các hệ mẫu ñều nằm trong khoảng từ 1 ñến 2 ñã chứng minh một cách rõ ràng về sự chuyển pha nhòe. Chính sự bất trật tự trong việc phân bố các ion ở vị trí B trong cấu trúc perovskit ABO 3 ñã hình thành sự chuyển pha khuếch tán, mà tại ñó ñiểm Curie ñịnh xứ của các vùng phân cực vi mô ñược phân bố thống kê xung quanh một nhiệt ñộ T m xác ñịnh. -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 Nång ®é PMnN (% mol) NhiÖt ®é T m ( 0 C) Hình 5. Sự phụ thuộc của nhiệt ñộ T m của hệ gốm vào nồng ñộ PMnN -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -1 0 1 2 3 4 5 M 0 : γ = 1.719 M 1 : γ = 1.849 M 2 : γ = 1.853 M 3 : γ = 1.924 M 4 : γ = 1.940 M 5 : γ = 1.944 ln(1/ ε -1/ ε max ) ln(T-T m ) §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp M 0 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 Hình 6. Sự phụ thuộc của ln(1/ ε -1/ ε max ) theo ln(T-T m ) tại T > T m của các mẫu Kết quả làm khớp còn cho thấy rằng, khi thành phần PMnN tăng, hệ số γ tăng theo, nghĩa là tính bất trật tự tại vị trí B trong vật liệu PZT-PZN-PMnN gia tăng theo thành phần của PMnN. Sự bất trật tự trong cấu trúc tinh thể là một ñặc tính rất quan trọng và phức tạp của các chất sắt ñiện rơlaxo. Có thể giải thích rằng, sự khác biệt ñáng kể cả về bán kính ion và hóa trị của Mn 2+ so với Nb 5+ , Zr 4+ và Ti 4+ ñã làm cho ñộ bất trật tự trong hệ vật liệu PZT-PZT-PMnN là tương ñối lớn. Do ñó, khi thành phần PMnN tăng (ñồng thời thành phần PZN giảm), sẽ làm gia tăng tính bất trật tự trong hệ vật liệu PZT-PZT-PMnN tức gia tăng ñộ nhòe γ. Các nghiên cứu về sự phụ thuộc tính chất ñiện môi vào tần số của trường ngoài ñược tiến hành thông qua khảo sát sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi ε vào nhiệt ñộ của các mẫu tại các tần số khác nhau 1kHz, 10kHz, 100kHz và 1MHz. Kết quả ñược biểu diễn ở hình 7. Tương ứng với sự gia tăng tần số ño, giá trị cực ñại của hằng số ñiện môi ε max giảm, trong khi nhiệt ñộ ứng với cực ñại ε max dịch chuyển về phía nhiệt ñộ cao hơn, ñiều này trái với các sắt ñiện bình thường như PbTiO 3 , ở ñó giá trị ñỉnh của ε gần như không thay ñổi theo nhiệt ñộ khi tần số tăng. Kết quả trên cho thấy rằng, các tính chất ñiện môi 58 phụ thuộc mạnh vào tần số của trường ngoài tức có sự tán sắc ñiện môi [1, 5, 6]. ðây là một ñặc trưng quan trọng của vật liệu relaxo và ñược giải thích theo mô hình thủy tinh spin [5]. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 50 100 150 200 250 300 350 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Tæn hao tan δ H»ng sè ®iÖn m«i ε NhiÖt ®é T ( 0 C) M0 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz 50 100 150 200 250 300 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 50 100 150 200 250 300 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Tæn hao tanδ NhiÖt ®é T ( 0 C) H»ng sè ®iÖn m«i ε M1 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 50 100 150 200 250 300 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 NhiÖt ®é T ( 0 C) H»ng sè ®iÖn m«i ε Tæn hao tan δ M2 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz 50 100 150 200 250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 H»ng sè ®iÖn m«i ε Tæn hao tan δ NhiÖt ®é T ( 0 C) M3 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 50 100 150 200 250 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 NhiÖt ®é T ( 0 C) Tæn hao tan δ H»ng sè ®iÖn m«i ε M4 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 50 100 150 200 250 0.0 0.1 0.2 0.3 NhiÖt ®é T ( 0 C) M5 Tæn hao tan δ H»ng sè ®iÖn m«i ε 1KHz 10KHz 100KHz 1000KHz Hình 7. Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi theo nhiệt ñộ tại các tần số khác nhau Hệ thức Vogel - Fulcher [5] ñã ñược sử dụng ñể mô tả trạng thái thủy tinh - phân cực trong hệ vật liệu: 59 − −= fm TT T ff 0 0 exp (4) hay fm TT T LnfLnf − −= 0 0 (5) Trong ñó, T f là nhiệt ñộ ñông cứng của các vùng phân cực vi mô trong vật liệu. Các ñường cong làm khớp số liệu thực nghiệm với hệ thức Vogel - Fulcher ñược biểu diễn trên hình 8. 250 260 270 280 290 6 8 10 12 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp y = A - B/(x-C) A 19.08747±0.09995 B 315.54646±7.57163 C 225.98531±0.40956 Ln(f) (Hz) NhiÖt ®é T m ( O C) M0 220 224 228 232 236 6 7 8 9 10 11 12 13 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp NhiÖt ®é T m ( O C) Ln(f) (Hz) y = A - B/(x - C) ) A 19.99034±0.82078 B 195.08923±33.83247 C 205.50987±1.59459 M1 208 210 212 214 216 218 220 222 6 7 8 9 10 11 12 13 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp Ln(f) (Hz) NhiÖt ®é T m ( O C) y = A - B/(x - C) A 20.22896±3.28266 B 158.54796±107.8156 C 196.50766±4.93027 M2 200 205 210 215 220 225 6 7 8 9 10 11 12 13 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp NhiÖt ®é T m ( O C) y = A - B/(x-C) A 22.21369±0.84507 B 453.60566±66.18424 C 170.19232±2.68564 Ln(f) (Hz) M3 190 195 200 205 210 215 220 6 7 8 9 10 11 12 13 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp NhiÖt ®é T m ( O C) Ln(f) (Hz) y = A - B/(x - C) A 22.07042±1.4943 B 486.83546±127.23999 C 158.44457±5.24145 M4 170 175 180 185 190 6 7 8 9 10 11 12 13 14 §−êng thùc nghiÖm §−êng lµm khíp NhiÖt ®é T m ( O C) Ln(f) (Hz) y = A - B/(x- C) A 19.64543±1.43201 B 236.70872±75.00831 C 150.65806±3.7931 M5 Hình 8. ðường thực nghiệm và ñường làm khớp với hệ thức Vogel – Fulcher của các mẫu 60 3.3. Tính chất sắt ñiện của gốm PZT-PZN-PMnN Hình 9 là dạng ñường trễ sắt ñiện của các mẫu gốm ño bằng phương pháp Sawyer-Tower. ðường trễ có dạng ñặc trưng của vật liệu sắt ñiện. -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 -30 -20 -10 0 10 20 30 E c (kV/cm) P r (µC/cm 2 ) M0 M1 M2 M3 M4 M5 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 6 9 12 15 0 5 10 15 20 25 Nång ®é PMnN (% mol) §iÖn tr−êng kh¸ng E c ( kV/cm ) Ph©n cùc d− P r ( µ C/cm 2 ) Hình 9. Dạng ñường trễ của các mẫu M 0, M 1 , M 2 , M 3 , M 4 và M 5 Hình 10 . Sự phụ thuộc của ñiện trường kháng và phân cực dư vào nồng ñộ PMnN Từ dạng ñường trễ của các mẫu, ñộ phân cực dư P r và trường ñiện kháng E c ñã ñược xác ñịnh. Hình 10 biểu diễn sự phụ thuộc của ñộ phân cực dư P r và trường ñiện kháng E c của các mẫu theo nồng ñộ PMnN. Với nồng ñộ PMnN tăng, tính cứng của vật liệu tăng nên trường ñiện kháng tăng và phân cực dư giảm. 4. Kết luận Ảnh hưởng của PMnN lên các tính chất ñiện môi và sắt ñiện của hệ gốm 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 –(0,35 - x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 –xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 ñã ñược nghiên cứu. Các kết quả như sau: - Chế tạo thành công hệ gốm 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 - (0,35-x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 - xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 có mật ñộ khá cao từ 7,67 g/cm 3 ñến 7,81 g/cm 3 . - Hằng số ñiện môi tại nhiệt ñộ phòng giảm khi nồng ñộ PMnN tăng. Tổn hao ñiện môi giảm và ñạt giá trị bé nhất là tanδ = 0,004 ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075 mol. - Sự dịch chuyển pha sắt ñiện - thuận ñiện xảy ra trong hệ gốm PZT-PZN-PMnN là chuyển pha nhòe ứng với vật liệu relaxo. Khi nồng ñộ PMnN tăng, ñỉnh cực ñại của hằng số ñiện môi giảm và càng mở rộng, ñộ nhòe gia tăng, nhiệt ñộ T m giảm. Các tính chất ñiện môi phụ thuộc mạnh vào tần số của trường ngoài (có hiện tượng tán sắc ñiện môi). - ðường trễ sắt ñiện các mẫu ñều có dạng ñặc trưng của vật liệu sắt ñiện. ðiện trường kháng và phân cực dư ñều phụ thuộc vào nồng ñộ PMnN. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phan ðình Giớ, Hoàng Thị Minh Tâm, Một số tính chất ñiện môi và sắt ñiện của hệ gốm PZN-PZT pha tạp La, Tạp chí Khoa học ðại học Huế, 58, (2010). [2]. Feng Gao, L. Cheng, R. Hong, J. Liu, C. Wang and C. Tian, Crystal structure and piezoelectric properties of xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – (0.2 − x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – 0.8Pb(Zr 0.52 Ti 0.48 )O 3 ceramics, Ceramics International 35, (2009), 1719–1723. [3]. Houa Y. D., Zhua M. K., Tian C. S., Yan H., Structure and electrical properties of PMZN–PZT quaternary ceramics for piezoelectric transformers, Sensors and Actuators A 116, (2004), 455–460. [4]. Phan Dinh Gio, Vo Duy Dan, Some dielectric, feroelectric, piezoelectric of 0.35PZN- 0.65PZT ceramic, Journal of Alloys and Compounds, (2006). [5]. Pirc R., Blinc R, Vogel-fulcher freezing in relaxor ferroelectrics, Physical review b 76, (2007). [6]. Samara G. A., Venturini E. L., Ferroelectric relaxor crossover in ompositionally disordered perovskites, Phase Transitions, Vol. 79, (2006), 21–40. [7]. Vittayakorn N., Bongkarn T., Phase Formation and Crystal Structure of 0.9PZT- 0.1PZN Powders Prepared by Columbite Precursor, NU Science Journal, 2(2), (2006), 157 – 164. DIELECTRIC AND FERROELECTRIC PROPERTIES OF PZT-PZN-PMnN CERAMICS Phan Dinh Gio, Le Dai Vuong College of Sciences, Hue University SUMMARY This paper presents the results of research and manufacture of the 0,65Pb(Zr 0,47 Ti 0,53 )O 3 –(0,35- x)Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 – xPb(Mn 1/3 Nb 2/3 )O 3 (PZT–PZN–PMnN) ceramics by using the columbite precursor method and the conventional method. The effect of concentration of PMnN on dielectric and ferroelectric properties of the material was studied. The experimental results showed that complex PMnN doping has changed the dielectric and ferroelectric properties of the specimens. With content of PMnN increased, the dielectric constant ε at room temperature decreased, the value of dielectric constant maximum decreased remarkably and the degree of diffuse phase transition enhanced. The remanent polarization P r decreased, E c increased when PMnN concentrations increased. At 0,075% mol PMnN, dielectric and ferroelectric parameters are as follows: tan δ = 0,004, ε = 1100, T m = 209 0 C, P r = 14,05 µ C/cm 2 , E c = 9,96 kV/cm. . 53 TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011 TÍNH CHẤT ðIỆN MÔI, SẮT ðIỆN CỦA HỆ GỐM PZT-PZN-PMnN Phan ðình Giớ, Lê ðại Vương Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế TÓM TẮT Bài báo trình. hưởng của nồng ñộ PMnN ñến tính chất ñiện môi và tính chất sắt ñiện của vật liệu ñã ñược nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, tạp phức PMnN ñã làm thay ñổi tính chất ñiện môi và sắt. tăng hệ số phẩm chất cơ học và làm giảm tổn hao ñiện môi ñồng thời cải thiện các tính chất ñiện môi, áp ñiện và sắt ñiện [2, 3]. Bài báo này trình bày kết quả chế tạo và nghiên cứu các tính chất