Sau khi đo tính chất sắt điện của các mẫu chúng tôi lựa chọn mẫu A2 để đo hằng số điện môi. Phép đo hằng số điện môi đối với mẫu này được thực hiện trên máy đo hiện số LCR TEGAM tại điện thế 5 V và ở các tần số khác nhau từ 1kHz đến 1000 kHz. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số của các mẫu này được thể hiện trên hình 3.31.
0 1000 2000 3000 4000 400 450 500 550 600 650 700 p er m it iv it y f(kHz) A2
Hình 3.31. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số của mẫu composite A2
Từ hình 3.31 chúng ta nhận thấy tại tần số 1 kHz giá trị hằng số điện môi của mẫu A2 là lớn nhất, bằng 680 và lớn gần gấp đôi giá trị hằng số điện môi của
BaTiO3 (xem hình 3.6). Điều này chứng minh cho giả thiết mà chúng tôi đã đặt ra là mẫu composite được tạo ra thuộc loại nanocomposite: mẫu nanocomposite A2 bao gồm các hạt BaTiO3 được xếp xen kẽ bởi các hạt Fe3O4. Các hạt Fe3O4 với kích thước nhỏ hơn sẽ đóng vai trò như các điện cực cho các tụ điện BaTiO3. Do đó giá trị điện dung và hằng số điện môi của hệ vật liệu tổ hợp này sẽ có giá trị lớn hơn so với giá trị hằng số điện môi của mẫu BaTiO3 thông thường.
3.2.1.4. Tính chất từ
Chúng tôi cũng đã tiến hành đo tính chất từ của các mẫu A2, A3, A4 và so sánh kết quả này với kết quả đo tính chất từ của mẫu Fe3O4. Các kết quả đo được trình bày trên hình 3.32-3.33.
Hình 3.32. Đường cong từ trễ của mẫu Fe3O4 (a) và composite A2 (b)
-10000 -5000 0 5000 10000 -15 -10 -5 0 5 10 15 M (emu /g) H (Oe) A1 (a) A4 (b) A6 (c) (c) (b) (a)
Hình 3.33. Đường cong từ trễ của mẫu composite A2 (a), A3 (b), A4 (c)
Từ các hình 3.32 và 3.33 chúng ta có các thông số đặc trưng của đường cong điện trễ của các mẫu này được trình bày trên bảng 3.5
Bảng 3.5. Từ độ bão hòa Ms và lực kháng từ HC của mẫu Fe3O4 và
mẫu composite A2 – A4
Mẫu MS (emu/g) HC (Oe)
Fe3O4 21 135
A2 11 150
A3 5 125
A4 2 100
Từ độ bão hòa MS của mẫu A2 nhỏ hơn so với từ độ bão hòa của mẫu Fe3O4 nhưng lực kháng từ HC lại cao hơn. Giá trị MS nhỏ hơn được giải thích là do phần trăm khối lượng của ion sắt trong mẫu composite ít hơn trong mẫu Fe3O4 và do sự có mặt của pha không từ BaTiO3 trong mẫu composite. Lực kháng từ của mẫu A2 cao hơn có thể là do cấu trúc xen kẽ của các hạt nano BaTiO3 giữa các hạt Fe3O4. Dẫn đến việc các hạt BaTiO3 có vai trò như các tâm ghim giữa làm chậm quá trình đảo từ của Fe3O4.
Chúng ta cũng thấy rằng mẫu A1 có từ độ bão hòa và lực kháng từ lớn hơn so với hai mẫu còn lại. Nghĩa là khi tăng nhiệt độ phản ứng thì tính chất từ của vật liệu tổ hợp bị suy giảm. Kết quả đo tính chất từ của các mẫu composite một lần nữa khẳng định mẫu composite A2 được chế tạo ở 150°C, trong 7 giờ có tính chất từ tối ưu hơn.
3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng
Trong phần này chúng tôi trình bày một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên tính chất của vật liệu composite. Các mẫu composite được chế tạo theo như quy trình đã trình bày ở Chương 2 – phần 2.3. Các mẫu này được chế tạo trong cùng nhiệt độ 150°C, trong thời gian phản ứng lần lượt là 5 giờ, 7 giờ và 9 giờ. Các mẫu này được gọi tên lần lượt B1, A2, B3.
Sau quá trình chế tạo chúng tôi đã tiến hành khảo sát cấu trúc tinh thể cũng như thực hiện các phép đo các tính chất điện, sắt điện và từ của các mẫu. Kết quả được trình bày trong các phần 3.2.2.1 – 3.2.2.3.
3.2.2.1. Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc tinh thể của các mẫu composite được xác định bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X. Kết quả được thể hiện trên hình 3.34. Từ giản đồ nhiễu xạ của mẫu B1 (a) chúng ta thấy có xuất hiện các đỉnh đặc trưng của BaTiO3 và Fe3O4. Tuy nhiên cường độ của các đỉnh thấp, có thể được giải thích do thời gian phản ứng ngắn.
Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu B3 cho thấy sản phẩm thu được chứa pha BaTiO3 tuy nhiên sự tồn tại của pha Fe3O4 là rất khó phát hiện. Bên cạnh đó mẫu A2 được tổng hợp tại 150°C trong 7 giờ có độ kết tinh cao hơn hẳn (các đỉnh sắc nét hơn) so với mẫu B3. Pha BaTiO3 ở dạng cấu trúc tinh thể lập phương Pm3m và pha Fe3O4 có cấu trúc tinh thể lập phương Fd3m. Đồng thời trên giản đồ nhiễu xạ của mẫu này không quan thấy các pha lạ.
Hình 3.34. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nanocomposite B1 (a), A2 (b), B3(c)
Sau khi khảo sát cấu trúc tinh thể chúng tôi tiến hành đo tính chất từ của các mẫu ở dạng bột và đo tính chất điện cũng như sắt điện dưới dạng viên ép. Các kết quả đo được trình bày trong các phần tiếp theo.
3.2.2. 2. Tính chất từ của mẫu composite
Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên tính chất của vật liệu, chúng tôi đã tiến hành đo tính chất từ của các mẫu bằng hệ đo từ kế mẫu rung. Các kết quả đo được trình bày trên hình 3.35 - 3.36
-10000 -5000 0 5000 10000 -15 -10 -5 0 5 10 15 Mo me nt (e mu /g ) H(Oe) A2
Hình 3.35. Đường cong từ trễ của mẫu A2 (150°C, 7 giờ)
-10000 -5000 0 5000 10000 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 Mo me nt (e mu /g ) H (Oe) B3
Hình 3.36. Đường cong từ trễ của mẫu B3 (150°C, 9 giờ)
Từ đường cong từ trễ của các mẫu ta có giá trị từ độ bão hòa Ms và lực kháng từ Hc được tổng hợp trên bảng 3.6.
Bảng 3.6.Giá trị từ độ bão hòa MS, lực kháng từ HC của mẫu composite
Mẫu MS(emu/g) HC (Oe)
A2 11 150
Chúng ta có thể thấy rằng mẫu B3 tuy có lực kháng từ HC cao hơn nhưng giá trị từ độ bão hòa Ms đều nhỏ hơn 1 bậc so với mẫu A2. Sự khác biệt về tính chất từ này có thể được giải thích trên cơ sơ sự hình thành các pha không thuộc cấu trúc Fe3O4 trong B3. Điều này dẫn đến sự suy giảm về giá trị MS do không có pha từ Fe3O4 mong muốn.
3.2.2.3. Tính chất điện và sắt điện
Sau khi đo tính chất từ chúng tôi tiếp tục khảo sát tính chất điện và sắt điện của các mẫu A2 và B3 dưới dạng viên ép. Trong phần thực nghiệm này chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của pha Fe3O4 đến tính chất sắt điện của vật liệu BaTiO3/Fe3O4. Các kết quả đo của các mẫu A2, B3 được trình bày trên các hình 3.37 – 3.38 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Me asu re d Pol ari za tio n (µ C /cm2 ) Voltage (V) 50V-1kHz 100V-1kHz 200V-1kHz 300V-1kHz 400V-1kHz A2