Để khảo sỏt tớnh chất sắt điện của gốm KNLSN-0.04BNKZ được thiờu kết ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau, chỳng tụi sử dụng phương phỏp Sawyer – Tower để xỏc định dạng đường trễ sắt điện của cỏc mẫu gốm. Kết quả chỉ ra ở hỡnh 3.7. Nhiệt độ thiờu kết ( C) H ệ số li ờn k ết đi ện c ơ k p , k t H ệ số ỏp đi ện d 33 (pC/ N)
50 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 1090oC P (C/cm2) E (kV/cm) 1100oC 1110oC 1120oC 1130oC
Hỡnh 3.7. Đƣờng trễ sắt điện của cỏc mẫu gốm KNLSN-0.04BNKZ thiờu kết ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau. 1090 1100 1110 1120 1130 0 3 6 9 12 Nhiệt độ thiêu kết (oC) Ph ân cự c d - P r ( C/ cm 2 ) P r E c T r- ờn g đ iện k háng E C (k V/cm) B C 2 4 6 8 10 12 14
Hỡnh 3.8. Sự phụ thuộc của điện trƣờng khỏng Ec và độ phõn cực dƣ Pr của gốm KNLSN-0.04BNKZ vào nhiệt độ thiờu kết.
Như đó thấy đường trễ sắt điện của cỏc mẫu gốm KNLSN-0.04BNKZ thiờu kết ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau đều cú dạng điển hỡnh của vật liệu sắt điện. Từ đường trễ sắt điện cỏc thụng số sắt điện như trường điện khỏng Ec và độ
Nhiệt độ thiờu kết ( C) Đ ộ phõn c ực dư P r ( à C/ cm 2 ) Trư ờng đi ện kh ỏng Ec (kV /c m )
51
phõn cực dư Pr đó được xỏc định. Trờn hỡnh 3.8 là sự phụ thuộc của độ phõn cực dư Pr và trường điện khỏng Ec vào nhiệt độ thiờu kết.
Từ hỡnh 3.8 cho thấy độ phõn cực dư Pr tăng khi tăng nhiệt độ thiờu kết và đạt giỏ trị cao nhất (11,41 àC/cm2
) tại mẫu cú nhiệt độ thiờu kết 1110 °C, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thiờu kết thỡ độ phõn cực dư giảm. Giỏ trị điện trường khỏng giảm từ 9 kV/cm đến giỏ trị nhỏ nhất 5,62 kV/cm khi tăng nhiệt độ thiờu kết từ 1090 °C đến 1110 °C. Núi chung, tớnh chất ỏp điện của vật liệu sắt điện thường liờn quan đến hai yếu tố độ phõn cực dư Pr và điện trường khỏng Ec. Gốm ỏp điện với độ phõn cực dư Pr cao thỡ cú đặc tớnh ỏp điện cao hơn, bởi vỡ độ phõn cực dư Pr cao biểu thị cho mức độ định hướng đụmen sắt điện cao. Mặt khỏc, điện trường khỏng Ec thấp tạo điều kiện cho cỏc vỏch đụmen dễ dàng dịch chuyển hơn và dẫn đến sự gia tăng cỏc thuộc tớnh ỏp điện.
52
KẾT LUẬN
Qua thời gian tỡm hiểu về lý thuyết và làm thực nghiệm chỳng tụi đó hoàn thành cỏc nội dung đó đặt ra trong đề tài luận văn, cụ thể như sau:
1. Tổng quan được một số cụng trỡnh nghiờn cứu về hệ gốm ỏp điện trờn nền KNN và ảnh hưởng của nhiệt độ thiờu kết đến cỏc tớnh chất của cỏc hệ gốm trờn cơ sở KNN.
2. Chế tạo thành cụng hệ gốm ỏp điện 0,96(K0,48Na0,48Li0,04)(Nb0,95Sb0,05)O3
–0,04Bi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 bằng phương phỏp truyền thống thiờu kết ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau 1090 °C, 1100 °C, 1110 °C, 1120 °C, 1130 °C. 3. Kết quả nghiờn cứu cho thấy mật độ gốm tăng khi tăng nhiệt độ thiờu kết
và đạt giỏ trị cao nhất (4,22 g/cm3
)tại 1110 °C.
4. Kết quả phõn tớch pha cấu trỳc cho thấy nhiệt độ thiờu kết gốm ảnh hưởng mạnh đến tớnh đối xứng cấu trỳc của gốm. Tất cả cỏc mẫu đều cú cấu trỳc thuần perovskite, cú sự biến đổi pha cấu trỳc khi nhiệt độ thiờu kết thay đổi. Tại nhiệt độ thiờu kết 1110 °C, trong gốm tồn tại pha hỗn hợp tứ giỏc- mặt thoi.
5. Kết quả phõn tớch vi cấu trỳc cho thấy nhiệt độ thiờu kết cũng ảnh hưởng mạnh đến vi cấu trỳc của hệ gốm. Khi nhiệt độ thiờu kết tăng thỡ kớch thước hạt tăng, vi cấu trỳc đồng đều, cỏc hạt xếp chặt với biờn hạt rừ ràng, đặc biệt ở nhiệt độ thiờu kết 1110 °C.
6. Xỏc định ảnh hưởng của nhiệt độ thiờu kết đến tớnh chất điện mụi của hệ gốm cho thấy khi tăng nhiệt độ thiờu kết thỡ hằng số điện mụi tăng, nhiệt độ chuyển pha TO-T dịch chuyển về phớa nhiệt độ thấp, ngược lại nhiệt độ Tc gia tăng.
7. Kết quả nghiờn cứu cho thấy nhiệt độ thiờu kết gốm đó ảnh hưởng mạnh đến tớnh chất sắt điện và ỏp điện của hệ gốm. Khi tăng nhiệt độ thiờu kết,
53
phõn cực dư Pr, hệ số liờn kết điện cơ kp, kt và hệ số ỏp điện d33 gia tăng đạt giỏ trị cao nhất 11,41 àC/cm2
; 0,46; 0,50 và 150 pC/N tương ứng tại nhiệt độ thiờu kết 1110 °C.
54
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] G. H. Haertling (1999), Ferroelectric ceramics: history and technology, J. Am Ceram. Soc. 82 (4) 797–818
[2] EU- Directive 2002/96/EC (2003), “Waste Electrical and Electronic
Equipment (WEEE),” Off. J. Eur. Union, 46 [L37] 24–38
[3] Yasuyoshi Saito, Hisaaki Takao, Toshihiko Tani, Tatsuhiko Nonoyama, Kazumasa Takatori, Takahiko Homma, Toshiatsu Nagaya & Masaya Nakamura (2004) Lead-free piezoceramics, Nature. 432,
84–87
[4] Xiaopeng Wang, Jiagang Wu, Dingquan Xiao, Jianguo Zhu, Xiaojing Cheng, Ting Zheng, Binyu Zhang, Xiaojie Lou, and Xiangjian Wang (2014), Giant Piezoelectricity in Potassium-Sodium Niobate Lead-Free Ceramics, J. Am. Chem. Soc., 136 (7), 2905-2910
[5] Tangsritrakul, J., & Hall, D. A. (2017), Structural and functional characterisation of KNNS–BNKZ lead-free piezoceramics.
Advances in Applied Ceramics, 117(1), 42–48
[6] Tao Huang, Ding-Quan Xiao, Wen-Feng Liang, Jia-Gang Wu, Zhuo Wang and Jian-Guo Zhu (2014), Sintering Behavior of KNN-BNKT Leadfree Piezoelectric Ceramics, Ferroelectrics, 458, 37–42
[7] Jiagang Wu, Xiaopeng Wang, Xiaojing Cheng, Ting Zheng, Binyu Zhang, Dingquan Xiao, Jianguo Zhu, and Xiaojie Lou (2014), New potassium-sodium niobate lead-free piezoceramic: Giant-d33 vs. sintering temperature, J. of Appl. Phys. 115, 114104
[8] Lờ Đại Vương (2014), Nghiờn cứu chế tạọ và cỏc tớnh chất vật lý của hệ gốm đa thành phần trờn cơ sở PZT và cỏc vật liệu sắt điện chuyển
55
[9] Jaffe B., W. R. Cook and H. Jaffe (1971), Piezoelectric ceramics,
Academic Press, Newyork.
[10] Kao K. C. (1960) Dielectric phenomena in solids, Oxford University
Press.
[11] Bựi Duy Hựng (2014), Tổng hợp gốm ỏp điện kali natri niobat (KxNa1-
x)NbO3 (0<x<1), Đại học Quốc gia Hà Nội, 6.
[12] Jaffe B., Cook W., Jaffe, H. C. (1971), Piezoelectric Ceramics,
Academic Press New York.
[13] Jaeger R. E., Egerton L. (1962), “Hot pressing of potassium sodium niobates”, Journal of the American Ceramic Society, 45, 209-213. [14] Wang C., Hou Z-D., Ge H-Y., Zhou M-K., Wang H., Yan H. (2008),
“Sol–gel synthesis and characterization of lead-free LNKN nanocrystalline powder”, Journal of Crystal Growth, 310, pp. 4635- 4639.
[15] Smolenski G. A., Isupov V. A., Agranovskaya A. I., Krainik N. N. (1961), “New ferroelectrics of complex composition”, Soviet
Physics Solid State, 2, pp. 2651-2654.
[16] Takenaka T., Nagata H., Hiruma Y., Yoshii Y., Matumoto K. (2007), “Lead-free piezoelectric ceramics based on Perovskite structures”,
Journal of Electroceramics, 19, pp. 259-265.
[17] Takenaka T., Nagata H. (2005), “Current status and prospects of lead- free piezoelectric ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, 25, pp.2693 - 2700.
[18] Smith C.S. (1958), Macroscopic Symmetry and Properties of Crystals,
Academic Press New York.
56
[20] Wang D. Fotinich Y. Carman G. P. (1998), “Influence of temperature on the electromechanical and fatigue behavior of piezoelectric ceramics”, Journal of Applied Physics, 83, pp. 5342-5346
[21] Gupta S., Maurya D., Yan Y., Priya S. (2012), “Development of KNN- Based Piezoelectric Materials”, Lead-Free Piezoelectrics, Springer, New York.
[22] Wu L., Zhang J. L., Wang L., Li J. C. (2008), “Influence of compositional ratio K/Na on physical properties in (KxNa1-x)NbO3 ceramics”, Journal of Applied Physics, 103 (8), pp. 084116.
[23] Nguyễn Đức Văn, Vũ Hồng Kỳ, Lờ Quốc Minh (2011), “Nghiờn cứu cỏc đặc tớnh cấu trỳc của (K0,5Na0,5)NbO3 dạng thự hỡnh mặt thoi chế tạo bằng phương phỏp thủy nhiệt”, Tạp chớ Húa học, T.49 (3A), Tr. 209-215.
[24] Hsiu-Hsien Su, Cheng-Shong Hong, Hong-Ru Chen, Yung-Der Juang, Cheng-Che Tsai and Sheng-Yuan Chu (2018), Phase Structure
Transformations and Electrical Properties of (Na0.52K0.4425)
(Nb0.8925Sb0.07)O3 – 0.0375LiTaO3 Ceramics According to Sintering
Temperature, ECS Journal of Solid State Science and Technology,
7 (3) N29-N35.
[25] P. Kumar and P. Palei (2010), “Effect of sintering temperature on
ferroelectric properties of,” Ceram. Int., vol. 36, no. 5
[26] Wenfeng Liang, Dingquan Xiao, Wenjuan Wu, Xuhai Li, Yong Sun, Jianguo Zhu (2011), Effect of sintering temperature on phase transitions, properties and temperature stability of
(K0.465Na0.465Li0.07) (Nb0.95Sb0.05)O3 lead-free piezoelectric ceramics,
Current Applied Physics 11, S138eS142
57
Boxi Xu (2014), Effect of sintering temperature on phase structure,
microstructure, and electrical properties of (K0.5Na0.5)NbO3– (Ba0.6Sr0.4)0.7Bi0.2TiO3 lead-free ceramics, J. Mater. Sci. 49:1824– 1831
[28] Pei Zhao and Bo-Ping Zhang, Jing-Feng Li (2007), High piezoelectric d33 coefficient in Li-modified lead-free (Na,K)NbO3 ceramics sintered at optimal temperature, APPLIED PHYSICS LETTERS
90, 242909
[29] Uchino K (1991), Relaxor ferroelectrics, J. of the ceramic society of
Japan, 99 (10), 829-835.
[30] H. JAFFE, D. Berlincourt, T. Kinsley T. M. Lambert D. Schwartz (1961),
IRE Standards on Piezoelectric Crystals: Measurements of Piezoelectric Ceramics, PROCEEDINGS OF THE IRE, 1161-1169