5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
3.3 Khảo sát vòng điện trễ P-E
Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào nhiệt độ có thể giúp kiểm tra được nhiệt độ chuyển pha, và trong kết quả trên chúng ta ngầm hiểu rằng, các đỉnh xuất hiện trong phổ điện môi của nhiệt độ đối với OMWCNT/TGS là đỉnh chuyển pha. Theo nghĩa đó, vùng nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển pha sẽ là pha sắt điện. Tuy nhiên, điều này
Hình 3.4 Mơ phỏng cấu trúc của vật liệu OMWCNT/TGS (a) và tương tác điện giữa TGS và nước (b)
46
có thể bị ngộ nhận trong nhiều trường hợp vì sự xuất hiện của đỉnh điện mơi đơi do nhiều nguyên nhân khác. Vì đây là vật liệu mới và để lường trước các khả năng có thể xảy ra cần có nghiên cứu khẳng định, Chính vì vậy, khảo sát vịng điện trễ P-E là rất cần thiết. Hơn thế nữa, các tham số của đường cong điện trễ cung cấp rất nhiều thông tin quan trọng của vật liệu trước khi xem xét vào các ứng dụng thực tế. Vòng điện trễ P-E là sự phụ thuộc của độ phân cực vào tần số điện áp xoay chiều. Khi chiều điện cực thay đổi, vách domen cũng dịch chuyển theo sinh ra sự phân cực [43]. Khi xảy ra hiện tượng chuyển pha, cấu trúc domen sẽ biến mất từ đó dẫn đến sự biến mất của đường cong điện trễ.
Đường P-E đặc trưng của TGS tinh khiết cũng được đo đạc để so sánh (Hình 3.5). Phép đo được thực hiện ở các khoảng nhiệt độ khác nhau ΔT so với điểm chuyển
pha Tc. Có thể thấy, càng xa nhiệt độ chuyển pha, đường cong từ trễ càng mở rộng, độ phân cực bão hịa tăng phản ánh tính chất bất đối xứng càng cao bên trong vật liệu. Các vách domen càng khó dịch chuyển do ma sát. Khi tiến gần đến nhiệt độ chuyển pha, vòng điện trễ thu hẹp lại, hao tổn giảm, sự phân cực giảm. Tại nhiệt độ chuyển pha hoặc lớn hơn, đường cong từ trễ sẽ chuyển thành đường thẳng như các vật liệu cách điện thông thường và cấu trúc domen sẽ biến mất.
Hình 3.5 Đường cong điện trễ đặc trưng của TGS tinh khiết ở các khoảng cách nhiệt độ khác nhau so với điểm chuyển pha
47
Đối với nanocomposite MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS, đường P-E có dạng bão hòa ở khoảng nhiệt độ dưới nhiệt độ chuyển pha (Hình 3.6). Điều đó chứng tỏ, thành phần ống nanocacbon đa vách hồn tồn khơng ảnh hướng đến cấu trúc domen của vật liệu. Sự tương tác chỉ diễn ra trên ngồi tinh thể từ phía các sợi nano. Ngồi ra, ở cùng một khoảng cách nhiệt độ so với điểm chuyển pha, lực điện kháng (coercive field) lớn hơn trong khi độ phân cực bão hòa (saturation polarization) thấp hơn. Kết quả này hoàn toàn tương ứng kết quả khảo sát phổ điện môi. Lý do là do sự tương tác mạnh giữa OMWCNT với TGS làm tăng ma sát dẫn đến các vách domen TGS chuyển động khó khăn hơn. Hơn thế nữa, vịng điện trễ có dạng đối xứng qua trục thẳng đứng, nghĩa là trường thiên kiến (bias electric field) khá nhỏ, chứng tỏ sự ảnh hưởng của ống nanocacbon lên các tinh thể TGS có tính đối xứng. Hay nói cách khác, sự phân bố của các đoạn nanocacbon vào trong vật liệu là khá đồng đều, có thể do việc sử dụng song siêu âm trong quá trình chế tạo vật liệu.
Hình 3.6 Đường cong điện trễ của MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS tại vị trí cách điểm chuyển pha 15 oC
48
Kết quả khảo sát vòng điện trễ ở các điểm nhiệt độ khác nhau cho thấy quá trình chuyển pha thật sự diễn ra và hồn tồn tương đồng với TGS tinh khiết (Hình 3.7). Diện tích vịng điện trễ giảm dần khi nhiệt độ đo tiến về nhiệt độ chuyển pha, đánh dấu sự phá hủy cấu trúc domen của vật liệu.
Ảnh hưởng của độ ẩm lên đường cong điện trễ cũng được khảo sát trên hệ thống Precision LC tester (Hình 3.8). Kết quả đo được thực hiện đối với các mẫu vậy liệu sau 3 ngày lưu trữ trong điều kiện độ ẩm tương đối 90%. Có thể thấy, sự tồn tại của Hình 3.7 Đường cong từ trễ của MWCNT/TGS (a) và OMWCNT/TGS (b) ở các
khoảng cách nhiệt độ khác nhau so với điểm chuyển pha
Hình 3.8 Ảnh hưởng của độ ẩm lên đường cong điện trễ của MWCNT/TGS và OMWCNT/TGS tại vị trí cách điểm chuyển pha 15 oC [43]
49
các phân tử nước bên tron vật liệu dẫn đến sự phình to của diện tích vịng điện trễ, nghĩa là tăng sự tổn hao, hoàn toàn logic với kết quả thu được của hệ số tổn hao tgδ. Nguyên nhân là do, nước tạo điều kiện cho các hạt điện tích dịch chuyển dễ dàng hơn trong vật liệu và gây tỗn hao lớn hơn. Mặc dù vậy, hình dáng của đường cong điện trễ vẫn bảo đảm và vẫn cho thấy được tính đảo cực của domen sắt điện.
3.4 Kết luận
Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy, việc dùng ống nanocacbon đa vách bị oxi hóa giúp mở rộng vùng sắt điện TGS (vùng quan trọng các ứng dụng cảm biến hồng ngoại) từ 49 oC lên 52.3 oC trong điều kiện khô ráo và 57.7 oC ở điều kiện độ ẩm cao. Tuy nhiên, do đặc tính dẫn điện tốt của ống nanocacbon, hệ số tổn hao còn cao nên cần phải cải tiến thêm.
50
CHƯƠNG 4 ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG ĐIỆN CỰC