Để khảo sát tính chất sắt điện của hệ gốm KNLSN–xBNKZ, 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 3.7.
Kết quả ở hình 3.7 cho thấy đường trễ sắt điện của các mẫu gốm (1–x) KNLSN–xBNKZ 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. Sự phụ thuộc của độ phân cực dư Pr và trường điện kháng Ec vào nồng độ x của BNKZ được mô tả ở hình 3.8.
Hình 3.7 Đường trễ sắt điện của các mẫu gốm (1–x)KNLNS–xBNKZ với các nồng độ x = 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10
Hình 3.8 Sự phụ thuộc của điện trường kháng Ec và độ phân cực dư Pr của gốm (1–x)KNLSN–xBNKZ vào nồng độ x
Như đã thấy ở hình 3.8, khi tăng nồng độ x của BNKZ từ 0 đến 0,1, độ phân cực dư Pr tăng và đạt giá trị cao nhất (10,44 µC/cm2) tại mẫu có nồng độ x = 0,04, sau đó giảm. Trong khi đó, giá trị của điện trường kháng giảm từ 8,7 kV/cm đến giá trị nhỏ nhất 5,74 kV/cm ứng với nồng độ x = 0,04, sau đó tăng. Như đã biết, tính chất áp điện của vật liệu sắt điện thường liên quan đến độ phân cực dư Pr và điện trường kháng Ec. Gốm áp điện với độ phân cực dư Pr cao sẽ có tính chất áp điện cao hơn, bởi vì độ phân cực dư Pr cao biểu thị cho mức độ định hướng đômen sắt điện cao. Mặt khác, điện trường kháng Ec thấp tạo điều kiện cho các vách đômen dễ dàng dịch chuyển hơn và dẫn đến sự gia tăng các thuộc tính áp điện.
KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu về lý thuyết và làm thực nghiệm, về cơ bản chúng tôi đã hoàn thành các mục tiêu đã đặt ra trong đề tài luận văn, cụ thể như sau:
1. Tổng quan được một số công trình nghiên cứu về các đặc tính của hệ gốm áp điện trên nền KNN pha tạp.
2. Đã chế tạo thành công hệ gốm áp điện (1–x)(K0,48Na0,48Li0,04) (Nb0,95Sb0,05)O3 –xBi0,5(Na0,82K0,18)0,5ZrO3 bằng phương pháp truyền thống thiêu kết ở nhiệt độ 1110 oC.
3. Kết quả nghiên cứu cho thấy mật độ gốm tăng khi tăng nồng độ của BNKZ và đạt giá trị cao nhất (4,3 g/cm3)tại nồng độ x = 0,04.
4. Kết quả phân tích cấu trúc cho thấy nồng độ x của BNKZ 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 = 0,04, trong gốm tồn tại pha hỗn hợp tứ giác–măt thoi T–R.
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 = 0,04.
6. Đã xác định được ảnh hưởng của nồng độ x đến tính chất điện môi của hệ gốm KNLSN–BNKZ. Khi tăng nồng độ x, hằng số điện môi tăng, nhiệt độ chuyển pha TO–T và nhiệt độ TC dịch chuyển về phía nhiệt độ thấp.
7. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ x của BNKZ đã ảnh hưởng mạnh đến tính chất sắt điện và áp điện của hệ gốm. Khi tăng nồng độ x, phân cực dư Pr, hệ số liên kết điện cơ kp, kt và hệ số áp điện d33 đều gia tăng đạt giá trị cao nhất 10,44 µC/cm2; 0,44; 0,47 và 224 pC/N tương ứng tại nồng độ x = 0,04.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] G. H. Haertling, “Ferroelectric ceramics: history and technology,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 82, no. 4, pp. 797–818, 1999.
[2] J. Rödel, W. Jo, K. T. P. Seifert, E.–M. Anton, T. Granzow, and D. Damjanovic, “Perspective on the development of lead–free piezoceramics,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 92, no. 6, pp. 1153–1177, 2009.
[3] S. Bhandari, N. Sinha, G. Ray, and B. Kumar, “Processing and properties of ferroelectric Bi0. 5 (Na0. 65K0. 35) 0.5 TiO3 ceramics under the effect of different sintering temperature,” Scr. Mater., vol. 89, pp. 61–64, 2014.
[4] I.–H. Chan, C.–T. Sun, M.–P. Houng, and S.–Y. Chu, “Sb doping effects on the piezoelectric and ferroelectric characteristics of lead–free Na0. 5K0. 5Nb1– x SbxO3 piezoelectric ceramics,” Ceram. Int., vol. 37, no. 7, pp. 2061–2068, 2011.
[5] G. Ray, N. Sinha, and B. Kumar, “Environment friendly novel piezoelectric 0.94 [Na0. 8K0. 2NbO3]––0.06 LiNbO3 ternary ceramic for high temperature dielectric and ferroelectric applications,” Mater. Chem. Phys., vol. 142, no. 2–3, pp. 619–625, 2013.
[6] M. M. Vijatović, J. D. Bobić, and B. D. Stojanović, “History and Challenges of Barium Titanate: Part I.,” Sci. Sinter., vol. 40, no. 2, 2008.
[7] Y. Xu, Ferroelectric materials and their applications. Elsevier, 2013. [8] L. D. Vuong, P. D. Gio, T. V Chuong, D. T. H. Trang, D. V Hung, and
N. T. Duong, “Effect of Zr/Ti ratio content on some physical properties of low temperature sintering PZT– PZN– PMnN ceramics,” Int. J.
Mater. Chem., vol. 3, no. 2, pp. 39–43, 2013.
[9] G. A. Samara and E. L. Venturini, “Ferroelectric/relaxor crossover in compositionally disordered perovskites,” Phase transitions, vol. 79, no. 1–2, pp. 21–40, 2006.
[10] Y. G. Lv et al., “Tantalum influence on physical properties of (K0. 5Na0. 5)(Nb1– xTax) O3 ceramics,” Mater. Res. Bull., vol. 44, no. 2, pp. 284–287, 2009.
[11] H. Li, Sodium Potassium Niobate–based Lead–free Piezoelectric Ceramics: Bulk and Freestanding Thick Films. Drexel University, 2008. [12] M. Matsubara, T. Yamaguchi, K. Kikuta, and S. Hirano, “Sinterability and piezoelectric properties of (K, Na) NbO3 ceramics with novel sintering aid,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 43, no. 10R, p. 7159, 2004.
[13] C. S. Smith, “Macroscopic symmetry and properties of crystals,” in
Solid State Physics, vol. 6, Elsevier, 1958, pp. 175–249.
[14] K. Uchino, “Ferroelectric Devices Marcel Dekker, Inc,” New York, 2000.
[15] D. Wang, Y. Fotinich, and G. P. Carman, “Influence of temperature on the electromechanical and fatigue behavior of piezoelectric ceramics,” J. Appl. Phys., vol. 83, no. 10, pp. 5342–5350, 1998.
[16] T. Takenaka, H. Nagata, Y. Hiruma, Y. Yoshii, and K. Matumoto, “Lead–free piezoelectric ceramics based on perovskite structures,” J. Electroceramics, vol. 19, no. 4, pp. 259–265, 2007.
[17] S. Gupta, D. Maurya, Y. Yan, and S. Priya, “Development of KNN– based piezoelectric materials,” in Lead–Free Piezoelectrics, Springer, 2012, pp. 89–119.
[18] L. Wu, J. L. Zhang, C. L. Wang, and J. C. Li, “Influence of compositional ratio K/Na on physical properties in (K x Na 1– x) NbO 3
ceramics,” J. Appl. Phys., vol. 103, no. 8, p. 84116, 2008.
[19] C. Wang, Y. Hou, H. Ge, M. Zhu, H. Wang, and H. Yan, “Sol––gel synthesis and characterization of lead–free LNKN nanocrystalline powder,” J. Cryst. Growth, vol. 310, no. 22, pp. 4635–4639, 2008.
[20] T. R. Shrout and S. J. Zhang, “Lead–free piezoelectric ceramics: Alternatives for PZT?,” J. Electroceramics, vol. 19, no. 1, pp. 113–126, 2007.
[21] L. Egerton and D. M. Dillon, “Piezoelectric and dielectric properties of ceramics in the system potassium—sodium niobate,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 42, no. 9, pp. 438–442, 1959.
[22] J. Wu, H. Tao, Y. Yuan, X. Lv, X. Wang, and X. Lou, “Role of antimony in the phase structure and electrical properties of potassium–– sodium niobate lead–free ceramics,” Rsc Adv., vol. 5, no. 19, pp. 14575–14583, 2015.
[23] X. Pang, J. Qiu, K. Zhu, and Y. Cao, “Effects of Sb content on electrical properties of lead–free piezoelectric (K0. 4425Na0. 52Li0. 0375)(Nb0. 9625– xSbxTa0. 0375) O3 ceramics,” Ceram. Int., vol. 38, no. 2, pp. 1249–1254, 2012.
[24] Y. Saito et al., “Lead–free piezoceramics,” Nature, vol. 432, no. 7013, p. 84, 2004.
[25] J. Tangsritrakul and D. A. Hall, “Structural and functional characterisation of KNNS––BNKZ lead–free piezoceramics,” Adv. Appl. Ceram., vol. 117, no. 1, pp. 42–48, 2018.
[26] X. Cheng et al., “Giant d 33 in (K, Na)(Nb, Sb) O3–(Bi, Na, K, Li) ZrO3 based lead–free piezoelectrics with high T c,” Appl. Phys. Lett., vol. 103, no. 5, p. 52906, 2013.
lead–free ceramics,” J. Am. Chem. Soc., vol. 136, no. 7, pp. 2905–2910, 2014.
[28] F.–Z. Yao, E. A. Patterson, K. Wang, W. Jo, J. Rödel, and J.–F. Li, “Enhanced bipolar fatigue resistance in CaZrO3–modified (K, Na) NbO3 lead–free piezoceramics,” Appl. Phys. Lett., vol. 104, no. 24, p. 242912, 2014.
[29] B. Liu, Y. Zhang, P. Li, B. Shen, and J. Zhai, “Phase transition and electrical properties of Bi0. 5 (Na0. 8K0. 2) 0.5 ZrO3 modified (K0. 52Na0. 48)(Nb0. 95Sb0. 05) O3 lead–free piezoelectric ceramics,”
Ceram. Int., vol. 42, no. 12, pp. 13824–13829, 2016.
[30] K. Uchino, “Relaxor ferroelectrics,” J. Ceram. Soc. Japan, vol. 99, no. 1154, pp. 829–835, 1991.
[31] H. Jaffe et al., “IRE standards on piezoelectric crystals: measurements of piezoelectric ceramics,” Proc. IRE, vol. 49, no. 1161–1169, pp. 9–17, 1961.