Kết quả nhiễu xạ tia X của mẫu gốm BNKT và BNKTS-xLi được minh họa trên hình 3.2 (a). Kết quả nhiễu xạ cho thấy tất cả các mẫu gốm đều thể hiện các đỉnh nhiễu xạ sắc nét của cấu trúc đơn pha perovskite và không có bất kỳ dấu vết của pha lạ nào. Điều đó chứng tỏ các ion Li+ và Sn4+ đã được thay thế thành công vào vị trí của ion Na+ và Ti4+ tương ứng trong gốm BNKTS-xLi và hình thành nên dung dịch rắn đồng nhất. Ngoài ra, với giản đồ XRD được tập trung trong dải 38- 42 và 44-48, hình 3.2 (b) minh họa một cách rõ nét vai trò của ion Li+ và Sn4+ lên cấu trúc của gốm áp điện không chì BNKT. Trong mẫu gốm BNKT không pha tạp, dữ liệu XRD cho thấy sự tồn tại đồng thời của pha tứ giác và pha mặt thoi, điều này được minh chứng bởi sự tách các đỉnh (003)R/(021)R ở xung quanh góc nhiễu xạ 40
đặc trưng cho pha mặt thoi và (002)T/(200)T ở góc nhiễu xạ 46,5 đặc trưng cho pha tứ giác. Quan sát của chúng tôi phù hợp với các công trình được báo cáo trước đây về cấu trúc tinh thể tại biên pha hình thái của dung dịch rắn Bi0,5Na0,5TiO3- Bi0,5K0,5TiO3 [202], [127]. Tuy nhiên khi 5 mol.% Sn được thay thế cho Ti tại vị trí bát diện, các đỉnh này có xu hướng chập lại thành các đỉnh đơn (111)PC và (002)PC đặc trưng cho pha giả lập phương, kéo theo sự chuyển pha từ pha mặt thoi và tứ giác đến pha giả lập phương. Gần đây, một số báo cáo cho rằng vật liệu sắt điện
không chì BNKT có sự chuyển pha từ pha phân cực sang pha không phân cực khi ion Ti tại vị trí bát diện được thay thế bởi các nguyên tố khác như Sn [112], Nb [57], Ta [90] v.v. Một điều thú vị, khi nồng độ Li pha tạp tăng, các đỉnh đơn (200)PC và (111)PC lại có xu hướng tách thành các đỉnh kép (002)T/(200)T và (003)R/(021)R đặc trưng cho kiểu đối xứng tứ giác và mặt thoi tương ứng, như được quan sát trong hình 3.2 (b). Sự tách đỉnh này là minh chứng cho sự tồn tại của chuyển pha từ pha giả lập phương sang pha tứ giác và pha mặt thoi gây bởi sự thay thế của ion Li+
vào vị trí Na+. Nói cách khác, thành phần pha mặt thoi và tứ giác trong gốm áp điện không chì BNKTS tăng cùng với sự tăng nồng độ Li thay thế. Kết quả này cũng phù hợp với các công trình được công bố trước đây về gốm áp điện không chì BNKT đồng pha tạp (Li, Sn) [15], [139]. Sự chuyển từ pha giả lập phương sang pha tứ giác là một kết quả khá mới và thú vị.
Hình 3.2(a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm BNKT và BNKTS-xLi trong dải góc nhiễu xạ 2: 10-80 và (b) giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu trong dải góc nhiễu
xạ 2: 38-42 và 44-48.
Nếu như tại biên pha hình thái học của vật liệu Bi0,5(NaK)0,5TiO3 tồn tại hai dạng cấu trúc pha là tứ giác và mặt thoi thì việc pha tạp các kim loại như La- vào vị trí A, hay Y-, Sn-, Ta- vào vị trí B đều làm chuyển pha sang cấu trúc giả lập phương [202], [127], [57], [90]. Cơ chế chuyển pha cấu trúc được cho là do các bán kính của các kim loại thay thế khác biệt so với bán kính ion của kim loại gốc nên dẫn đến sự thay đổi hệ số cấu trúc (tolerance factor) [127], [57], [90]. Tuy nhiên, cơ chế giải thích đó hiện nay vẫn chưa rõ ràng vì hệ số cấu trúc chỉ đánh giá được khi nào vật liệu ABO3 có cấu trúc perovskite chứ không đánh giá được tại sao lại có sự chuyển pha cấu trúc khi pha tạp và với nồng độ pha tạp tới hạn thì có chuyển pha cấu trúc [140]. Kết quả thực nghiệm của việc pha tạp Li vào vật liệu gốm
Bi0,5(Na0,8K0,2)0,5Ti0,95Sn0,05O3 chỉ ra rằng, khi hàm lượng Li pha tạp tăng thì có sự chuyển pha từ cấu trúc giả lập phương sang kiểu đối xứng tứ giác và mặt thoi.