CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.2. Các phương pháp khảo sát hình thái, cấu trúc và tính chất của vật liệu
2.2.4. Phương pháp đo đường cong điện trễ
Cấu tọa và nguyên lý đo đường cong điện trễ (P-E) dựa trên mạch cầu Sawyer–Tower được mô tả trong hình 2.13 dưới đây:
Hình 2. 13. Cấu tạo thiết bị đo P-E và sơ đồ cầu Sawyer-Tower
Trong đó, Csense là tụ cảm ứng, Cm là tụ tương ứng với mẫu cần đo. Khi hệ được đặt trong điện trường, tụ Csense sẽ ghi lại điện tích Q xuất hiện trên điện cực của mẫu gây bởi sự biến dạng hay phân cực. Điện áp Vydo điện tích này gây ra [3]:
Vy= 𝑄
𝐶𝑠𝑒𝑛𝑠𝑒 (2.13)
Độ phân cực chính là mật độ điện tích định xứ trên điện cực diện tích A. Khi đó độ phân cực của mẫu có biểu thức:
D ≈ P = 𝑄
𝐴 (2.14)
Khi điện trường EA = Vx/dm được đặt trên mẫu, dựa vào mối liên hệ giữa Vxvà Vy ta sẽ xác định được những đặc trưng P-E của mẫu:
EA = 1
P = 𝐶𝑠𝑒𝑛𝑠𝑒
𝐴 Vy (2.16)
Nếu vật liệu không có tính phân cực tự phát, đặc trưng P-E sẽ là đường thẳng có độ dốc là Cm/Csense.
Hằng số điện môi ɛ của vật liệu điện môi được tính toán thông qua biểu thức:
ɛ = 1 + 𝑃
ɛ0𝐸 (2.17)
Hình 2. 14. (a) Đường trễ sắt điện (b) Minh họa mật độ năng lượng tích trữ (Jreco), mật độ năng lượng tổn hao (Jloss) trên đường trễ sắt điện (P-E) [4]
Vật liệu điện môi có mật độ tích trữ năng lượng cao, từ đường trễ sắt điện (P-E) như hình 2.14 có thể tính được mật độ tích trữ năng lượng qua biểu thức:
𝐽rec𝑜 = ∫𝑃𝑃𝑚𝑎𝑥𝐸𝑑𝑃
𝑟𝑒𝑚 (2.18) Trong đó Jreco là mật độ năng lượng điện tích trữ trong vật liệu, E là điện trường đặt vào, Pmax và Pr là giá trị của độ phân cực cực đại và độ phân cực dư.
Năng lượng tổng cộng (Jtotal) là năng lượng cung cấp cho tụ sắt điện có giá trị bằng
tổng năng lượng tích trữ (Jreco) và năng lượng tổn thất điện môi (Jloss). Jloss có giá trị bằng
diện tích khép kín giữa hai đường điện trễ minh họa trong hình 2.14.
Jtotal được tính bằng biểu thức:
𝐽𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∫𝑃𝑚𝑎𝑥𝐸𝑑𝑃
Từ biểu thức 2.18 và 2.19 hệ số η có giá trị : 𝜂 = 𝐽𝑟𝑒𝑐𝑜
𝐽𝑟𝑒𝑐𝑜+𝐽𝑙𝑜𝑠𝑠 × 100 (2.20) Phép đo đường cong điện trễ của các mẫu màng BNKT trong luận văn này được thực hiện ở nhiệt độ phòng trên hệ đo TF Analyzer 2000E của hãng aixACCT Systems (Đức), đặt tại viện ITIMS, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.