nồng độ x được biểu diễn ở hình 2.2.
Hình 2.2 Sự phụ thuộc của mật độ gốm hệ (1–x)KNLSN–xBNKZ vào
nồng độ của BNKZ
Kết quả ở hình 2.2 cho thấy, tương ứng với nồng độ x của BNKZ tăng từ 0 đến 0,1, mật độ gốm của 0,96KNLSN–0,04BNKZ gia tăng mạnh đạt giá trị cực đại (4,30 g/cm3) tại nồng độ x = 0,04, sau đó giảm. Kết quả này có thể giải thích dựa vào hình ảnh vi cấu trúc của hệ gốm (hình 2.5) và sẽ được bàn luận ở phần sau.
2.3. Ảnh hưởng của BNKZ đến cấu trúc của hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ xBNKZ
Cấu trúc và thành phần pha của hệ gốm KNLSN–xBNKZ được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X từ máy D8 Advance tại Viện khoa học Vật liệu –Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Trên hình 2.3 là giản đồ nhiễu xạ tia X ở nhiệt độ phòng với góc đo 2
độ x khác nhau (x = 0,00; x = 0,02;x = 0,04; x = 0,06; x = 0,08; x = 0,10) được thiêu kết tại nhiệt độ 1110 oC. Từ giản đồ cho thấy tất cả các mẫu gốm (1–x) KNLSN–xBNKZ đều có cấu trúc pha perovskite, không có pha thứ hai. Từ đỉnh đặc trưng ở lân cận 45o, có thể thấy rằng cấu trúc tinh thể của hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ đã thay đổi khi có bổ sung thành phần BNKZ.
Hình 2.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với các nồng độ x = 0,00; x = 0,02; x = 0,04; x = 0,06; x = 0,08; x = 0,10
Để nghiên cứu chi tiết hơn về cấu trúc pha của hệ gốm (1–x)KNLSN– xBNKZ, phổ nhiễu xạ tia X trong khoảng góc 2 lân cận 45,5o của hệ gốm đã được phóng đại và các đỉnh phản xạ được làm khớp bằng hàm Gauss (hình 2.4).
Hình 2.4 (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X phóng đại ở góc 2 lân cận 45,5o của hệ gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ và (b) được làm khớp bằng hàm Gauss
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X phóng đại ở góc 2 lân cận 45,5o của hệ gốm KNLSN–xBNKZ (hình 2.4a) và các đường cong được làm khớp bởi hàm Gauss (hình 2.4b) cho thấy ở mẫu gốm KNLSN thuần (x = 0,0) có xuất hiện đỉnh kép (220)/(020) với tỷ số cường độ I220/I002 = 2/1, chứng tỏ gốm có pha cấu trúc đối xứng trực thoi tương tự như gốm KNN tinh khiết ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên khi có bổ sung một lượng nhỏ BNKZ với nồng độ x = 0,02 tỷ số cường độ của đỉnh kép I220/I002 biến đổi thành 1 : 2, đây là đặc trưng của cấu trúc đối xứng tứ giác [28]. Gia tăng nồng độ đến x = 0,04, trong gốm tồn tại pha hỗn hợp tứ giác–mặt thoi, đỉnh phản xạ của pha mặt thoi chiếm ưu thế bên cạnh đỉnh kép của pha tứ giác. Tiếp tục gia tăng nồng độ BNKZ x 0,06, các đỉnh kép biến mất, chỉ còn một đỉnh (200) đặc trưng của cấu trúc đối xứng mặt thoi. Như vậy việc bổ sung thành phần BNKZ vào gốm KNLSN đã làm biến đổi pha cấu trúc của hệ gốm KNLSN–xBNKZ từ trực thoi sang tứ giác và cuối cùng là pha mặt thoi khi nồng độ x 0,06, đặc biệt đã tạo ra pha hỗn hợp sắt điện tứ giác–mặt thoi (T–R) tại nồng độ x = 0,04, làm tăng cường tính chất điện của vât liệu. Kết quả này khá phù hơp với nghiên cứu của nhóm tác giả Baihui Liu [29].
2.4. Ảnh hưởng của BNKZ đến vi cấu trúc của hệ gốm (1–x)KNLSN– xBNKZ
Hình 2.5 là ảnh vi cấu trúc được chụp từ bề mặt gãy của các mẫu gốm KNLSN–xBNKZ với các nồng độ x khác nhau bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hitachi S–4800 tại Viện Vật lý Hà Nội.
Hình 2.5 Ảnh hiển vi điện tử quét của các mẫu gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ với nồng độ x khác nhau (x = 0,0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10)
Để đánh giá cỡ hạt, chúng tôi sử dụng phương pháp cắt tuyến tính (chương trình Lince) để tính kích thước hạt trung bình của vật liệu gốm. Từ kết quả ở hình 2.5 cho thấy nồng độ thành phần tạp BNKZ đã ảnh hưởng đến vi cấu trúc của vật liệu gốm KNLSN. Với lượng pha tạp BNKZ nhỏ (x ≤ 0,02), kích thước hạt trung bình gia tăng theo nồng độ BNKLZ (1,5–2 m), vi cấu trúc của gốm có nhiều lỗ xốp, các hạt có dạng chữ nhật, phân bố không đồng đều. Tuy nhiên khi pha BNKZ vào với nồng độ 0,04mol, kích thước trung bình của các hạt giảm (1,2 m), vi cấu trúc của gốm gồm những hạt tương đối đồng đều có dạng vuông, ít lỗ xốp. Nếu tiếp tục gia tăng nồng độ BNKZ x 0,06, kích thước trung bình của hạt tiếp tục giảm (1 m) và giảm mạnh khi nồng độ x = 0,1 (cỡ 0,2 m), tuy nhiên số lượng lỗ xốp lại gia tăng. Kết quả này khá tương đồng với nhóm tác giả Baihui Liu [29] và phù hợp với sự gia tăng của mật độ gốm theo nồng độ BNKZ như đã đề cập ở phần trên.
Chương 3. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI, SẮT ĐIỆN VÀ ÁP ĐIỆN CỦA HỆ GỐM (1–x)KNLSN– xBNKZ