Khi vật liệu được gia nhiệt thì hằng số điện môi của vật liệu sẽ thay đổi và đạt cực trị tại các điểm chuyển pha. Đối với chất sắt điện thông thường như BTO, hằng số điện môi cực đại nhận được ở nhiệt độ chuyển pha sắt điện – thuận điện TC, được gọi là nhiệt Curie. Trong trường hợp vật liệu là chất sắt điện chuyển pha nhòe, nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại được ký hiệu là Tm, trong đó ở dải nhiệt độ lớn hơn Tm hàng chục độ độ phân cực tự phát vẫn tồn tại và chỉ bị triệt tiêu ở một nhiệt độ TB cao hơn nhiều lần, gọi là nhiệt độ Burns. Không giống với chất sắt điện thường cho chuyển pha đột ngột, đáp ứng điện môi của loại vật liệu này có đỉnh tương đối rộng.
Hiện tượng re-la-xo được cho là bắt nguồn từ nhiễu loạn của tương tác lưỡng cực trên khoảng cách lớn do sự không đồng nhất mạng tịnh tiến, khuyết tật mạng hoặc trạng thái chia tách trật tự - mất trật tự về hóa học dẫn đến hình thành các vùng phân cực vi mô (các đám, vi vùng) có kích thước khoảng 10 – 100 nm, được bao phủ bởi pha thuận điện. Các pha giả bền này chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao. Dưới tác động của ứng suất cơ học hoặc điện trường, trạng thái sắt điện được hình thành do sự phát triển của các vùng phân cực vi mô [22], [190], [203]. Mỗi vi vùng có một đáp ứng điện môi riêng, do đó đáp ứng điện môi mà ta quan sát được phản ánh phân bố thống kê của các đáp ứng điện môi của tập hợp các vi vùng trong mẫu. Do có mối tương quan chặt chẽ với các tính chất khác như tính chất sắt điện và áp điện, nên đáp ứng điện môi của vật liệu gốm cũng được quan tâm nghiên cứu.
Bảng 4.5 Sự thay đổi giá trị của Td và Tm theo nồng độ Li thay thế trong gốm BNKTZ-xLi.
x 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
Td (oC) 573 618 636 587 572 570
Tm (oC) 401 403 405 406 407 409
Hình 4.7 (a) Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện môi trong gốm BNKTZ-xLi ở tần số 1kHz, (b) sự thay đổi giá trị của Td và Tm theo nồng độ Li thay thế trong gốm
BNKTZ.
Hình 4.7 (a) minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện môi và độ tổn hao điện môi của gốm BNKTZ-xLi ở tần số 1kHz. Nhìn chung, giản đồ cho thấy tất cả các mẫu gốm đều thể hiện đường đặc trưng điện môi có dạng giống nhau với hai điểm chuyển pha tương ứng với nhiệt đảo phân cực (Td) và nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại (Tm). Hai đỉnh này có thể gây bởi sự chuyển pha, từ pha sắt điện sang pha phản sắt điện (Td) và từ pha phản sắt điện sang pha thuận điện (Tm). Điều này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đây về gốm áp điện không chì nền BNKT [139], [182], [84]. Bảng 4.5 liệt kê các giá trị của Td và Tm theo nồng độ Li thay thế. Sự thay đổi giá trị của Td và Tm theo nồng độ Li thay thế trong gốm BNKTZ được thể hiện trong hình 4.7 (b). Giản đồ cho thấy cả Td và Tm đều biến thiên theo nồng độ ion Li+
pha tạp. Nhiệt chuyển pha thứ nhất Td dịch về phía nhiệt độ cao khi nồng độ Li thay thế tăng và đạt điểm cực đại là 411 K ở 2 mol.% Li pha tạp, trước khi giảm xuống 403 K ở 5 mol.%. Trái với Td, nhiệt chuyển pha Tm tăng đều đáng kể từ 557 đến 615 K khi nồng độ Li thay thế tăng từ 0 đến 5 mol.%. Gần đây, khi khảo sát hệ Bi0,5Na0,5TiO3–BaTiO3 người ta cho rằng hằng số điện môi đạt giá trị cực đại xung quanh nhiệt độ Tm là 573 K là do sự phục hồi của pha tứ giác từ vùng phân cực nano mặt thoi [33]. Mặt khác, theo Y. Yuan và cộng sự, sự phụ thuộc của Td và Tm vào nồng độ Li pha tạp có thể bắt nguồn từ sự méo mạng tinh thể
[210]. Ngoài ra, C. Zhou và cộng sự đã chứng minh rằng các nút khuyết làm cho sự dịch chuyển domain sắt điện trở nên dễ dàng hơn dẫn tới sự giảm nhiệt đảo phân cực [220]. Nhờ vậy chúng tôi cho rằng sự giảm nhiệt khử phân cực Td ở nồng độ từ 2 đến 5 mol.% Li pha tạp liên quan mật thiết với ảnh hưởng đa vị trí của ion Li trong gốm BNKTZ.