5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
4.4 Phân tích phổ tần số của điện mơi và hệ số tổn hao
Vùng tần số nơi có sự xuất hiện của hiệu ứng điện cực như đã thấy ở trên thường rất thấp. Ở dải tần số này mặc dù hằng số điện mơi có thể rất cao nhưng hệ số tổn hao thường khơng hề nhỏ và có thể dẫn đến quá nhiệt trong quá trình hoạt động của vật liệu và thiết bị. Có thể thấy, hằng số điện mơi có thể đạt trên 1010 ở tần số 1 mHz ở nhiệt độ gần nhiệt độ chuyển pha của vật liệu MWCNT/TGS (Hình 4.7a) và thấp hơn khơng đáng kể đối với OMWCNT/GS (Hình 4.7c). Như đã biết [48,49], đối với môi trường không đồng nhất, sự tăng đột biến của hằng số điện môi là do hiệu ứng phân cực Maxwell-Wagner-Sillars gây ra do sự phân tách các điện tích ở các thành phần khác nhau trong vật liệu. Ở vật liệu nano, hiệu ứng này càng mạnh mẽ hơn và trở thành một hiệu ứng không thể thiếu trong các bị điện-điện tử hiện ở tần số thấp.
Hình 4.7 Phổ tần số của hằng số điện môi thực εʹ và ảo εʺ đối với composite MWCNT/TGS (a, b) và OMWCNT/TGS (c, d) ở các nhiệt độ khác nhau
57
Thành phần ảo của hằng số điện môi εʺ đặc trưng cho độ tổn hao cũng được khảo sát và cho thấy sự phụ thuộc vào tần số tuân theo quy luật tổng quát đối với các vật liệu cách điện ở tần số thấp [50]:
(4.2)
n
f
với n là hằng số mũ đặc trưng cho độ dốc của εʺ(f). Giá trị của n được tính tốn và
liệt kê trên Bảng 4.2. Trước hết, quy luật này phản ánh sự ảnh hưởng của dịng điện tích trong dải tần số khảo sát, và một lần nữa khẳng định giả thiết về sự tồn tại của các điện tích khơng gian gây ra hiệu ứng điện cực. Các tham số n khá cao và tăng dần cùng với nhiệt độ là cũng là một minh chứng cho sự phóng thích của các điện tích khi chuyển động nhiệt tăng. Thêm vào đó, hệ số n đối với composite có sự tham gia của ống nanocacbon đa vách bị oxi hóa thấp hơn do khả năng dẫn điện kém hơn. Hơn thế nữa, trong vùng tần số khảo sát, hệ số tổn hao tgδ có giá trị rất cao và đạt cực đại lên đến ~ 1.8 đối với MWCNT/TGS (Hình 4.8a) và ~ 1.6 đối với OMWCNT/TGS (Hình 4.8b) tại nhiệt độ cận chuyển pha. Khi bị oxi hóa, OMWCNT gây ra tổn hao thấp hơn ở tất cả các nhiệt độ đo cùng với tần số xuất hiện cũng thấp hơn.
Bảng 4.2 Hệ số mũ n của phổ tần số εʺ(f) đối với hai composite MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS
T, oC 20 30 40 45 48
n, MWCNT/TGS 0.71 0.79 0.83 0.91 0.98
58
Hình 4.8 Phổ tần số hệ số tổn hao đối với composite MWCNT/TGS (a, b) và OMWCNT/TGS (c, d) ở các nhiệt độ khác nhau
Hình 4.9 So sánh phổ tần số hệ số tổn hao đối với composite MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS ở các nhiệt độ: 20 oC (a),30 oC (b),40 oC (c), 45 oC (d),48 oC (e)
59
Các phân tích trên đã khẳng định sự xuất hiện của hiệu ứng điện cực và điều này sẽ ảnh hưởng rất đáng kể nếu ứng dụng vật liệu vào các thiết bị hoạt động trong dải tần số mà hiệu ứng điện cực tồn tại. Mặc khác, quá trình nghiên cứu vật liệu tiền ứng dụng cũng sẽ gặp khó khăn vì tín hiệu phân tích sẽ bị pha tạp, đôi khi gây ra sự nhầm lẫn của các nhà nghiên cứu về tính chất thực của vật liệu. Như vậy, ít nhất ở góc độ nghiên cứu, làm cách nào để có thể phân tích tính chất thuần của vật liệu mà không bị phiền nhiễu bởi hiệu ứng điện cực? Modun điện dưới đây là một trong những phương pháp lý thuyết có thể hữu dụng trong trường hợp này.