5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
4.5 Phân tích phổ tần số của modun điện (electrical modulus)
Modun điện M* là một đại lượng phức được định nghĩa theo công thức sau đây: * * 2 2 2 2 1 (4.3) ( ) ( ) ( ) ( ) M M jM j trong đó 2 2 ( ) ( ) M và 2 2 ( ) ( ) M tương ứng là thành phần thực và ảo của modun điện được tính tốn theo thành phần thực εʹ và ảo εʺ của hằng số điện
môi. Kết quả thu được được thể hiện trên Hình 4.10. Có thể thấy rằng, hiệu ứng điện cực đã bị ức chế gần về 0 và không xuất hiện trong vùng tần số mà nó từng xuất hiện trong biểu đồ Nyquist. Đường thực nghiệm thu được của M* có dạng đặc trưng với sự tăng liên tục của Mʹ khi tăng tần số cùng với sự xuất hiện của Mʺ [51]. Tần số tương ứng với đỉnh cực đại của Mʺ(f) là được gọi là tần số tích thốt fr, từ đó thời gian tích và thốt của điện tích τ được tính bằng τ=1/2πfr. Theo tính tốn trên, sự phụ thuộc của tần số tích thốt vào nhiệt độ đo được xác định theo công thức:
0. (4.4) a E kT e
với τ0 là tần số tích thốt điện tích khi nhiệt độ rất cao hoặc tiến về vô cực về mặt lý thuyết, k = 1.38064852 × 10-23 m2.kg.s-2K-1 (hằng số Boltzmann), T là nhiệt độ (K) và Ea là năng lượng hoạt hóa của điện tích được hiểu như rào cản điện thế mà nếu vượt qua nó điện tích có thể trở thành tự do và tham gia vào quá trình dẫn điện. Để xác định được năng lượng hoạt hóa, ta dùng phương pháp nội suy bằng cách xây
60
dựng đồ thị phụ thuộc của thời gian tích thốt τ vào nghịch đảo của nhiệt độ (Hình 4.10). Các giá trị Ea được xác định bằng 0.62 eV và 0.73 eV tương ứng với vật liệu MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS. Do hiệu ứng điện cực bị ức chế trong phổ tần số của modun điện nên các giá trị trên hoàn toàn phản ánh bản chất thực của composite. Rào cản thế lớn hơn (0.73 eV) khi sử dụng ống nanocacbon đa vách bị oxi hóa hồn tồn hợp lý vì các nhóm OH trên OMWCNT có khả năng dẫn điện kém hơn, các điện tích sẽ bị cản trở và khó chuyện động tự do.
Hình 4.10 Phổ tần số của modun điện thực Mʹ và ảo Mʹʹ đối với composite MWCNT/TGS (a, b) và OMWCNT/TGS (c, d) ở các nhiệt độ khác nhau
61 4.6 Kết luận.
Kết quả khảo sát cho thấy, hiệu ứng điện cực tồn tại nhưng trong khoảng tần số khá thấp, chỉ nhỏ hơn 2.5 Hz trong vùng phân cực của vật liệu (Bảng 4.1). Đối với các cảm biến hồng ngoại sử dụng vật liệu TGS, các tần số hiển nhiên lớn hơn rất nhiều, do đó sự ảnh hưởng của hiệu ứng điện cực là không đáng kể. Tuy nhiên, đối với từng loại điện cực và công nghệ chế tạo điện cực khác nhau, vùng ảnh hưởng này sẽ khác nhau. Trong các khảo sát trên, các điện cực được chế tạo khá thô sơ và chất lượng không cao. Nếu trong điều kiện chế tạo thực tế bằng công nghệ tiên tiến hơn, ảnh hưởng của hiệu ứng điện cực này có thể sẽ yếu hơn. Đây là kết quả triển vọng.
Hình 4.11 Năng lượng hoạt hóa của composite MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS
62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết luận
Cải tiến chất lượng của các vật liệu điện – điện tử sẵn có có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với tốc độ phát triển công nghệ hiện nay. Kết quả nghiên cứu thu được trong luận văn đã góp một phần nhỏ trong nỗ lực chung của các nhà nghiên cứu bằng việc phát triển thành công hai loại vật liệu mới trên nền tảng vật liệu sắt điện TGS truyền thống với ống nano cacbon đa vách dạng thông thường và dạng oxi hóa. Bằng phương pháp đo đạc thực nghiệm kết hợp với phân tích lý thuyết cho thấy, ống nano cacbon đa vách bị oxi hóa đáp ứng nhu cầu tốt hơn trong việc mở rộng vùng hoạt động của vật liệu TGS từ 49 oC lên 52.3 oC ở điều kiện khô ráo hoặc lên đến 57.7 oC trong điều kiện ẩm ướt. Đây là kết quả rất khả quan trong việc mở rộng vùng hoạt động của các cảm biến hồng ngoại. Trong điều kiện khảo sát với hàm lượng ống nano cacbon trong vật liệu không vượt quá 5% và được tán nhỏ bằng sóng siêu âm, độ ẩm tương đối 90% vẫn không gây ra ngắn mạch trong vật liệu Ngoài ra, vùng tần số lớn hơn 2.5 Hz sẽ gúp vật liệu tránh được ảnh hưởng của hiệu ứng điện cực (trong điều kiện biên độ điện áp AC đặt vào nhỏ hơn 10 V/cm). Mặc dù vậy, hệ số tổn hao vẫn còn cao, đặc biệt khi sử dụng vật liệu trong điều kiện độ ẩm cao phần nào sẽ làm giảm hiệu suất thiết bị trong ứng dụng.