Do độ phân cực tự phát, PS, phụ thuộc vào nhiệt độ, cho nên với bất kỳ sự
thay đổi nhiệt độ ∆T nào cũng dẫn đến sự biến đổi các điện tích phân cực, tức là thay đổi độ phân cực tự phát.
∆P = ppy.∆T
ppyđược gọi là hệ số hoảđiện.
Những thay đổi lượng điện tích phân cực ∆Q = ∆P.A có thể xác định về mặt
điện học như là một dòng điện, I, trong một mạch ngoài nếu các điện cực (diện tích A) được đặt lên hai mặt của bản tinh thể hoảđiện
Đây cũng là nguyên tắc hoạt động của các detector hồng ngoại dạng mảng hoạt động ở nhiệt độ phòng trên cơ sở tổ hợp màng mỏng PZT như những phần tử
hoả điện. Khi một chùm bức xạ hồng ngoại chiếu lên detector sẽ làm thay đổi nhiệt
mật độ điện tích phân cực. Sự thay đổi này được thể hiện bằng tín hiệu dòng điện hoặc điện áp ở lối đầu ra của mạch ngoài. Hình 1.16: Bản tinh thể hoảđiện với véc tơ phân cực P và các bản cực A, sự thay đổi nhiệt độ sẽ dẫn tới dòng điện I. A P I
1.7 Ứng dụng
Trong những năm gần đây vật liệu màng mỏng perovskite (PZT) thu được sự
quan tâm của các nhà nghiên cứu. Đó là do tính chất ưu việt như hiệu ứng áp điện mạnh, hằng số điện môi cao, độ phân cực tự phát lớn. Vật liệu PZT đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rất rộng rãi. Vật liệu PZT khối đã được nghiên cứu từ thập kỷ 70, 80 và thu được những thành tựu đáng kể tại Việt Nam. Tiêu biểu là những ứng dụng đầu dò siêu âm trong kiểm tra không phá huỷ mẫu và ứng dụng trong quân sự chế tạo các kíp nổ
(đầu đạn B40)...
Với vật liệu PZT dạng màng mỏng tuy mới được nghiên cứu nhưng trên thế giới
đã có nhiều ứng dụng trong thực tế bởi việc sử dụng công nghệ MEMS. Nhờ hiệu ứng áp
điện thuận (biến đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện) và nghịch (biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ) mà nó được dùng để tạo các cảm biến, thiết bị chấp hành, trong chế tạo màng loa, bơm vi cơ (micropump), các bộ tạo sóng cơ bề mặt (SAW) và các bộ tạo sóng khối (BOW)…
Hình 1.17:Ảnh quang học và cấu trúc mặt cắt ngang của microphone áp điện
Trên hình 1.18 là cấu trúc và bước công nghệ chế tạo catilever sử dụng vật liệu màng mỏng PZT. Về nguyên tắc hoạt động của cấu trúc này dựa trên hiện tượng áp điện thuận : Khi cấu trúc chịu tác động của một lực hoặc áp suất nào đó làm cho thanh dầm bị
uốn cong, do vi thanh dầm Si bị uống cong làm cho lớp vật liệu PZT bị biến dạng. Do PZT bị biến dạng do đó sẽ sinh ra một điện trường nội. Nếu nối tín hiệu ra mạch ngoài
Hình 1.18:Quy trình công nghệ chế tạo catilever và ảnh SEM bề mặt của catilever[7]. Cấu trúc Cantilever này có rất nhiều ứng dụng hiện nay trên thế giới người ta quan tâm sử dụng cấu trúc này trong dò AFM. Sau đây là một hình ảnh cụ thể
Ngày nay vật liệu PZT còn được ứng dụng trong các thiết bị tạo năng lượng như
(PMPG). Thiết bị PMPG( piezoelectric micro power generator) gồm 3 chức năng chính: + PMPG là thiết bị chỉnh lưu từ AC thành DC ở lối ra.
+ Dự trữ năng lượng.
Hình 1.19:Cấu trúc cơ của thiết bị PMPG
Hình 1.20:Cấu trúc mặt cắt ngang và quy trình công nghệ chế tạo PMPG.
Dựa trên hình 1.19, cấu trúc cơ ta thấy rằng khi khối gia trọng m dao động bằng cách viết phương trình dao động ta sẽ thu được năng lượng P=
ω
α A2 và để nâng cao
được năng lượng này ởđây cấu trúc được thiết kế dựa trên mode d33.
Ngoài việc ứng dụng vật liệu PZT dạng màng dựa trên hiệu ứng áp điện, người ta còn chú trọng đến việc ứng dụng vật liệu này dựa trên tính chất hoả điện, tính chất sắt
điện và tính chất điện môi cao. Nhờ tính chất điện môi cao mà màng mỏng PZT được (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ứng dụng trong DRAM mật độ cao. PZT được sử dụng dưới dạng điện dung chứa các bít số “1” và “0”. Tuy nhiên ở tần số cao (GHz) tổn hao điện môi của PZT trở thành quá
cao, cho ứng dụng này các vật liệu khác như para điện (Ba,Sr)TiO3 (BST) tỏ ra phù hợp hơn.
Nhờ tính chất sắt điện của vật liệu màng mỏng PZT mà ngày nay nó được ứng dụng nhiều trong bộ nhớ FRAM ( Ferroelectric Random Acces Memory) - bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên sắt điện. Ở đây hướng của các momen lưỡng cực trong màng được xác
Chương 2