Để khảo sát tính chất sắt điện của hệ gốm KNN-xCZN, chúng tôi sử dụng phương pháp Sawyer – Tower để xác định dạng đường trễ sắt điện của hệ gốm. Kết quả chỉ ra ở hình 3.10.
Hình 3.10 Đƣờng trễ sắt điện của các mẫu gốm KNN-xCZN với các nồng độ x: 0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10.
Như đã thấy đường trễ sắt điện của các mẫu gốm KNN-xCZN đều có dạng điển hình của vật liệu sắt điện. Từ đường trễ sắt điện các thông số sắt điện như trường điện kháng Ec và độ phân cực dư Pr đã được xác định. Trên
49
hình 3.11 là sự phụ thuộc của độ phân cực dư Pr và trường điện kháng Ec vào nồng độ x của CZN.
Từ hình 3.11 Từ hình 3.11 cho thấy tương ứng với nồng độ x tăng từ 0.00 đến 0.10, độ phân cực dư Pr giảm mạnh từ 11.41 µC/cm2 xuống 3.3 µC/cm2 , tương tự giá trị điện trường kháng giảm từ 9.65 kV/cm đến giá trị nhỏ nhất 5.5 kV/cm. Kết quả này phù hơp với công bố của nhóm tác giả Xiaoshuai Zhang [14].
Hình 3.11 Sự phụ thuộc của điện trƣờng kháng Ec v độ phân cực dƣ Pr của gốm KNN-xCZN vào nồng độ x.
50
KẾT LUẬN
Qua thời gian học tập, nghiên cứu các nội dung của đề tài luân văn, về cơ bản đến nay chúng tôi đã hoàn thành các mục tiêu đặt ra của đề tài, cụ thể như sau: 1. Đã tổng quan được một số công trình nghiên cứu về các đặc tính quang, điện của các hệ gốm không chì trên nền KNN pha tạp.
2. Đã chế tạo thành công hệ gốm áp điện (1-x)K0.5Na0.5NbO3_ xCa(Zn1/3Nb2/3)O3, với x = 0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.10, bằng phương pháp truyền thống, thiêu kết ở nhiệt độ 1130oC.
3. Kết quả nghiên cứu cho thấy mật độ gốm tăng khi tăng nồng độ của CZN và đạt giá trị cao nhất (4.29 g/cm3
)tại nồng độ x = 0.08.
4. Kết quả phân tích cấu trúc cho thấy nồng độ x của CZN đã ảnh hưởng mạnh đến tính đối xứng cấu trúc của gốm. Tất cả các mẫu đều có cấu trúc thuần perovskit, có sự biến đổi pha cấu trúc khi nồng độ x thay đổi. Tại nồng độ x 0.02, gốm có cấu trúc đối xứng trực thoi, với 0.02 x 0.04, trong gốm tồn tại pha hỗn hợp trực thoi-tứ giác (O-T). Gia tăng nồng độ x đến 0.06, trong gốm lại tồn tại pha hỗn hợp tứ giác-lập phương. Khi x 0.08, trong gốm lại tồn tại pha giả lập phương, đây là nguyên nhân dẫn đến sự giảm tán xạ ánh sáng và tăng độ truyền quang học của gốm.
5. Kết quả phân tích ảnh SEM cho thấy nồng độ x cũng ảnh hưởng mạnh đến vi cấu trúc của hệ gốm. Khi nồng độ x tăng thì kích thước hạt giảm, vi cấu trúc đồng đều, các hạt xếp chặt với biên hạt rõ ràng, đặc biệt ở nồng độ x = 0.08.
6. Đã xác định được ảnh hưởng của nồng độ x đến độ truyền qua quang học của hệ gốm KNN-xCZN. Mẫu gốm ứng với nồng độ x = 0.08 có độ truyền qua quang học cao nhất (T = 62%) tương ứng với ánh sáng có bước sóng 680 nm và có độ rộng vùng năng lượng cấm cao nhất (Eg = 3 eV).
51
7. Đã xác định được ảnh hưởng của nồng độ x đến tính chất điện môi của hệ gốm KNN-CZN. Khi tăng nồng độ x từ 0.00 đến 0.10, hằng số điện môi tăng ừ 434 đến 1463, nhiệt độ chuyển pha TO-T và nhiệt độ TC đều dịch chuyển về phía nhiệt độ thấp.
8. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ x của CZN ảnh hưởng mạnh đến tính chất sắt điện của hệ gốm. Khi tăng nồng độ x, phân cực dư Pr và trường điện kháng Ec đều giảm, 11.41 µC/cm2 đến 3.3 µC/cm2 và 9.65 kV/cm đến 5.5 kV/cm tương ứng.
52
DANH MỤCTÀI 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)”, O. J. Eur. Union, 46 [L37] 24–38.
[3] M. M. Vijatović, J. D. Bobić, B. D. Stojanović (2008) “History and Challenges of Barium Titanate”, Science of Sintering, 40, 235-244. [4] Binay Kuma, Sonia Bhandar, Nidhi Sinha, Geeta Ray (2014), „Processing and
properties of ferroelectric Bi0.5(Na0.65 K0.35)0.5TiO3 ceramics under the effect of diferent sintering temperature”, Scripta Materialia, 89,61–64. [5] Egerton L., Dillon D. M. (1959), “Piezoelectric and dielectric properties of
ceramics in the system potassium-sodium niobate”, J. Am. Ceram. Soc, 42: 438–442.
[6] Thomas R. Shrout & Shujun J. Zhang (2007), “Lead-free piezoelectric ceramics: Alternatives for PZ”, J. Electroceramic, Vol. 19, pp.111–124. [7] I-Hao Chan, Chieh-Tze Sun, Mau-Phon Houng, Sheng-Yuan Chu
(2011), “Sb doping effects on the piezoelectric and ferroelectric characteristics of lead-free Na0.5K0.5Nb1-xSbxO3 piezoelectric ceramics”, Ceramics International, 37, 2061–206.
[8] Geeta Ray, Nidhi Sinha, Binay Kumar (2013), “Environment friendly novel piezoelectric 0.94[Na0.8K0.2NbO3]-0.06LiNbO3 ternary ceramic for high temperature dielectric and ferroelectric applications”,
Materials Chemistry and Physics, 142, 619-625.
[9] Phan Dinh Gio,Nguyen T. Kieu Lien (2015 ), “Effect of LiNbO3 on the structure, microstructure and dielectric, ferroelectric properties of (K0.5Na0.5)NbO3 lead free ceramics”, Indian Journal of Scientific research and technology, Vol. 3 (5), 48-53.
53
[10] Zhiming Geng, Kun Li, Dongliang Shi, Liangliang Zhang, Xiayu Shi (2015), “Effect of Sr and Ba-doping in optical and electrical properties of KNN based transparent ceramics”, J Mater Sci: Mater Electron, 26, 6769–6775.
[11] Bingyue Qu, Hongliang Du, Zetian Yang (2016), “Lead Free Relaxor Ferroelectric Ceramics with High Optical Transparency and Energy Storage Ability”, Journal of Materials Chemistry, 4 (9), 1795-1803. [12] Zhenyu Yang,Xiaoshuai Zhang,Dong Yang,Bian Yang,Xiaolian Chao,
Lingling Wei, and Zupei Yang (2016), “Excellent Transmittance Induced Phase Transition and Grain Size Modulation in Lead-Free (1–
x)(K0.5Na0.5)NbO3–xLaBiO3 Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc., 99 [6]
2055–2062.
[13] Qizhen Chai, Dong Yang, Xumei Zhao, Xiaolian Chao, “Zupei Yang (2018), Lead-free (K,Na)NbO3-based Ceramics with High Optical Transparency and Large Energy Storage Ability”, Journal of the American Ceramic Society, Vol.101, 6, pp. 2321-2329.
[14] Xiaoshuai Zhang, Dong Yang, Zhenyu Yang, Xumei Zhao, Qizhen Chai, Xiaolian Chao, Lingling Wei, Zupei Yang (2016), “Transparency of K0.5N0.5NbO3-Sr(Mg1/3Nb2/3)O3 lead-free ceramics modulated by relaxor behavior and grain size”, Ceramics International, 99 [6] 2055–2062.
[15] Qizhen Chai, Dong Yang, Xumei Zhao, Xiaolian Chao, Zupei Yang (2018), “Lead-free (K,Na)NbO3-based Ceramics with High Optical Transparency and Large Energy Storage Ability”, Journal of the American Ceramic Society, Vol.101, 6, pp. 2321-2329.
[16] Xumei Zhao, Qizhen Chai, Bi Chen, Xiaolian Chao, Zupei Yang (2018), “Improved transmittance and ferroelectric properties realized in KNN ceramics via SAN modification”, Journal of the American Ceramic
54
[17] J. Tauc and D. L. Wood (1972), “Weak Absorption Tails in Amorphous Semiconductors”, Physica L Review B, Vol. 5, 8, pp. 3144-3151.
[18] Qizhen Chai, Xumei Zhao, Xiaolian Chao and Zupei Yang (2017), “Enhanced transmittance and piezoelectricity of transparent K0.5Na0.5NbO3 ceramics with Ca(Zn1/3Nb2/3)O3 additives”, RSC Adv., 7, 28428.
[19] Uchino K., (1991), “Relaxor ferroelectrics”, J. of the ceramic society of Japan, 99 (10), 829-835.