Chế tạo vật liệu áp điện không chứa chì BZT xBCT có hệ số áp điện lớn và nghiên cứu một số tính chất của chúng

4 1.1K 0
Chế tạo vật liệu áp điện không chứa chì BZT xBCT có hệ số áp điện lớn và nghiên cứu một số tính chất của chúng

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Chế tạo vật liệu áp điện không chứa chì BZT-xBCT có hệ số áp điện lớn nghiên cứu số tính chất chúng Tổng quan Vật liệu áp điện phát từ năm 1880 hai nhà vật lí Pie Curi Giăc Curi tìm Và năm 1950 trở lại đây, hiệu ứng ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, công trình nghiên cứu hiệu ứng áp điện có hệ số áp điện lớn tập trung chủ yếu vào hệ vật liệu có PZT (lead zirconate titanate) Một vài năm trở lại đây, hệ vật liệu áp điện không chứa chì nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu có số công trình công bố như: Wenfeng Liu and Xiaobing Ren công bố hệ Ba(Ti 0.8Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3(6); Dezhen Xue cộng công bố hệ Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-50(Ba0.7Ca0.3)TiO3(7); Yumei Zhou cộng công bố hệ Ba(Ti,Sn)O3-x(Ba,Ca)TiO3(9) Các nghiên cứu vật liệu gốm sắt điện, áp điện triển khai vài sở nghiên cứu Việt Nam Nhưng nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hệ vật liệu chứa chì PZT, PMN, PZTPMN, hay PLZT (có pha kim loại đất La) nhằm mềm hóa vật liệu Các vật liệu không chứa chì, nay, chưa quan tâm nhiều Một vài nhóm nhà khoa học nước bắt đầu thực nghiên cứu hệ vật liệu KNN ( họ vật liệu không chứa chì dựa (K,Na)NbO3): đề tài cấp sở Viện KHVL, Viện KH&CNVN TS Nguyễn Đức Văn chủ trì nghiệm thu Tính cấp thiết Trong cách mạng khoa học công nghệ nay, ngành Khoa học Vật liệu nói chung Vật liệu Điện tử nói riêng đóng vai trò quan trọng Trong trình phát triển mình, ngành Vật liệu Điện tử đóng góp lớn cho phát triển chung giới, tạo sản phẩm chất lượng cao, có nhiều ứng dụng, đặc biệt chế tạo vật liệu cho ngành kỹ thuật mũi nhọn điện tử, hàng không, du hành vũ trụ, lượng nguyên tử v.v Trong năm gần đây, có nhiều công trình nghiên cứu công bố tính chất vật lý lý thú hệ vật liệu khác nhau, mở triển vọng ứng dụng to lớn hiệu ứng điện - từ - quang, số có vật liệu áp điện Vật liệu áp điện vật liệu tạo điện tương ứng với biến đổi ứng suất học Mặc dù phát từ năm 1880 đến năm 1950 vật liệu ứng dụng rộng rãi Trong suốt nửa thập kỷ vừa qua, vật liệu gốm PZT (PbZr 1-xTixO3) nhà khoa học nghiên cứu chứng minh có hệ số áp điện tương đối lớn (d 33 = 220 ÷ 590 pC/N) Cũng mà hầu hết ứng dụng áp điện, từ pin điện thoại đến kính hiển vi điện tử xuyên ngầm công nghệ cao (high-tech scanning-tunneling microscope), sử dụng vật liệu áp điện PZT Tuy nhiên, Pb nguyên tố phóng xạ gây nguy hiểm cho người đồng thời nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường toàn cầu sử dụng nhiều Do đó, yêu cầu cấp thiết cần đặt nhà khoa học cần nghiên cứu để tìm vật liệu áp điện không chứa chì có hệ số áp điện cao để đưa vào ứng dụng thay cho vật liệu PZT truyền thống Gần vài vật liệu áp điện không chứa chì công bố cho kết khả quan Đặc biệt hệ vật liệu không chứa chì (K,Na)NbO3 BaTiO3 Thông thường, hệ số áp điện lớn đạt vật liệu vùng biên chuyển pha hai pha sắt điện, chí pha sắt điện pha thuận điện (16) Tính bất ổn định trạng thái phân cực vùng chuyển pha cho phép khả phân cực tín hiệu ứng suất từ trường Kết tính chất vật liệu (như số điện môi) phụ thuộc vào thay đổi độ phân cực dẫn đến hệ số áp điện cải thiện đáng kể Một vài nghiên cứu gần rằng, bên cạnh vùng biên chuyển pha hai pha, hệ số áp điện lớn thu điểm chuyển pha ba cấu trúc: Pha lập phương thuận điện (paraelectric cubic phase), trực thoi sắt điện (ferroelectric rhombohedral) pha tứ diện (tetragonal) Tuy nhiên, hiểu biết hệ vật liệu áp điện không chứa chì chưa nghiên cứu cách thỏa đáng Đã có số công trình công bố tạp chí quốc tế rời rạc Cơ chế vật lý để giải thích nguyên nhân gây hệ số áp điện lớn tính chất vật liệu nhiều bất cập, cần tập trung nghiên cứu nhiều hơn, sâu Ở nước, hệ vật liệu áp điện nhiều nhà khoa học thuộc trung tâm, viện khoa học trường đại học trường Đại học Quốc Gia, Đại học Bách Khoa tập trung nghiên cứu Nhưng nghiên cứu chủ yếu dựa vật liệu PZT chưa có công bố quốc tế liên quan vật liệu áp điện không chứa chì tác giả Việt Nam Do vậy, nhằm thúc đẩy hoạt động nghiên cứu họ vật liệu áp điện không chứa chì dựa tình hình thực điều kiện nghiên cứu thiết bị thí nghiệm, tài liệu tham khảo, khả cộng tác nghiên cứu với nhóm nghiên cứu nước cho việc nghiên cứu giải vấn đề nêu hữu ích cho nhiều kết khả quan Do đó, đề xuất đề tài “Chế tạo vật liệu áp điện không chứa chì BZT-xBCT có hệ số áp điện lớn nghiên cứu số tính chất chúng” Chúng hoàn toàn tin tưởng thực thành công đề tài nghiên cứu có đóng góp hữu ích cho hiểu biết chế tương tác điện hệ vật liệu sắt điện, áp điện không chứa chì, mở khả ứng dụng hệ vật liệu chế tạo pin, senso … góp phần giảm ô nhiễm môi trường Mục tiêu - Chế tạo thành công mẫu vật liệu gốm áp điện Ba(Zr xTi1-x)O3 (BZT), (Ba1-xCax)TiO3 (BCT) BZT1xBCTx phương pháp tổng hợp pha rắn Vật liệu BZT-BCT phải đạt chất lượng tốt, có hệ số áp điện lớn (khoảng 500-600 pC/N), đáp ứng yêu cầu làm bia cho công nghệ chế tạo màng mỏng vật liệu BZTBCT kỹ thuật bốc bay chùm tia laser - Nghiên cứu mối liên quan cạnh tranh pha hình thái với tính chất điện môi sắt điện, đặc biệt với tính chất áp điện lớn vật liệu - Nghiên cứu hiệu ứng cứng hoá mềm hoá vật liệu phương pháp thay cho Ba 2+ Ti4+/Zr4+ ion kim loại kiềm, đất hay kim loại chuyển tiếp tương ứng để thu vật liệu gốm áp điện tiên tiến cho nhu cầu ứng dụng - Ngoài sở kết nghiên cứu đồng cấu trúc pha vật liệu, phổ phonon, phân cực điện vật liệu phụ thuộc nhiệt độ, điện trường tần số, đưa phân tích, bàn luận tổng quát góp phần làm sáng tỏ chế vật lý tượng hệ số áp điện lớn hệ vật liệu sắt điện - Thúc đẩy hợp tác nghiên cứu khoa học Đại học Khoa Học - Đại học Thái Nguyên Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Nội dung - Nghiên cứu tổng quan tính chất vật liệu áp điện nói chung vật liệu áp điện không chứa chì nói riêng - Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu áp điện dạng mẫu khối màng mỏng - Nghiên cứu điều kiện công nghệ yếu tố vật lý áp suất, nhiệt độ đến chất lượng vật liệu chế tạo - Chế tạo vật liệu áp điện BZT-xBCT dạng mẫu khối màng mỏng (phương pháp bốc bay chùm tia laser) - Đo đạc tính chất vật liệu áp điện BZT-xBCT: Cấu trúc, kích thước hạt, màng, đường đặc trưng điện trở phụ thuộc nhiệt độ R(T), điện dung phụ thuộc vào nhiệt độ C(T), điện dung phụ thuộc vào tần số C(f), lúp điện trễ D(E) - Phân tích, đánh giá, bình luận tính chất cấu trúc vật liệu áp điện BZT-xBCT vật liệu chế tạo Viết báo cáo, seminar, viết báo gửi tạp chí nước Tải file Chế tạo vật liệu áp điện không chứa chì BZT-xBCT có hệ số áp điện lớn nghiên cứu số tính chất chúng PP nghiên cứu - Mẫu gốm khối chế tạo phương pháp khác Sol-Gel nghiền lượng cao kết hợp thiêu kết tổng hợp phản ứng pha rắn Các tham số công nghệ nhiệt độ nung, thời gian nung, môi trường khí nung … khống chế để thu vật liệu pha vật liệu có kích thước hạt mong muốn vùng hàng chục nano mét đến hàng trăm nano mét - Cấu trúc vật liệu, pha hình thái, kích thước hạt, dạng thù hình vật liệu khảo sát phân tích đánh giá sở phân tích phổ nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Raman ảnh kính hiển vi điện tử SEM Sau có thông tin cần thiết cấu trúc pha, độ pha vật liệu, hình thái học thông tin bổ trợ nêu thực phép đo điện đo đường điện trở R(T), điện dung C(T), lúp điện trễ D(E) Phép đo C(T) thực tác dụng điện trường cao nhằm đánh giá độ phân cực cực đại vật liệu Ngoài phép đo phụ thuộc tần số C(f) độ phân cực thực nhằm đánh giá đặc trưng hồi phục điện môi gián tiếp đánh giá hệ số áp điện vật liệu Tổng hợp tất kết nghiên cứu giúp đánh giá chế phân cực điện môi vật liệu, mối tương quan tính cạnh tranh pha hình thái học tính chất áp điện sắt điện vật liệu Hiệu KTXH Thực đề tài giúp cho cán giảng dạy đặc biệt chủ nhiệm đề tài nâng cao chuyên môn khả nghiên cứu khoa học Không giúp cho cán giảng dạy liên tục cập nhật tiếp thu kiến thức, thành tựu khoa học Kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, cán giảng dạy cán nghiên cứu Vật lý nói riêng Khoa học Vật liệu nói chung ĐV sử dụng

Ngày đăng: 05/11/2016, 07:02

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan