X EC (MV/m) Pr(C/m2) 4 1,097 0,
5.1.6.Ứng dụng sóng siêu âm trong chế tạo vật liệu
GỐM PZT-PMnN VÀ ỨNG DỤNG
5.1.6.Ứng dụng sóng siêu âm trong chế tạo vật liệu
Sóng siêu âm có rất nhiều ứng dụng. Bên cạnh tác động cơ do dao động âm gây nên, chúng ta quan tâm đến các tác dụng hóa - âm, nhiệt - âm và ứng dụng nó vào thực tiễn để chế tạo vật liệụ Nhờ siêu âm, nhiều phản ứng khó khăn đã có thể thực hiện được trong thời gian ngắn hơn nhiều chỉ với các hóa chất thơng dụng.
Ví dụ, trong chế tạo gốm BT hay PZT bằng phương pháp đồng kết tủa, titanium tetraisopropoxide (TTIP) là hóa chất thường được dùng để hòa tan TiO2. Đây là một hóa chất rất đắt tiền và bắt buộc phải nhập khẩu vì chưa có cơ sở nào trong nước sản xuất được với độ tinh khiết caọ Sự lệ thuộc vào hóa chất dẫn đến rất sản phẩm có giá thành quá caọ Hiện nay, thế giới đang tập trung nghiên cứu vật liệu na-nơ, trong đó vật liệu TiO2 có kích thước na-nơ là một trong những vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất và có rất nhiều ứng dụng thực tiễn. Vật liệu này thường được chế tạo từ dung dịch, địi hỏi cần phải có phương pháp chế tạo sao cho phản ứng hòa tan TiO2 xảy ra dễ dàng và nhanh chóng với chi phí thấp.
Với thiết bị phát siêu âm trong chất lỏng đã chế tạo được, chúng tôi đã sử dụng nó như một trong những thiết bị hữu hiệu, kết hợp với phương pháp thủy nhiệt để chế tạo vật liệu này và đã đạt được một số thành cơng. Một trong những nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm vào chế tạo vật liệu của chúng tôi đã được cơng bố trên tạp chí International Journal of Nanotechnology, số 8 (3/4/5) năm 2011 [24].
Với sự hỗ trợ của máy phát siêu âm trong chất lỏng, chúng tôi đã chế tạo được các vật liệu na-nơ TiO2, ZrO2, từ đó tổng hợp thành hợp chất dạng Von-fram-mit ZrTiO4 rồi trộn với PbO để chế tạo nên PZT. Thông thường, hợp chất ZrTiO4 dạng bột phải tổng hợp ở nhiệt độ 1400oC, bây giờ được tổng hợp ở nhiệt độ chỉ 400oC. Hình 5.9 là ảnh TEM cho thấy sản phẩm ZrTiO4 thu được là các ống na-nơ.
Hình 5.10 là ảnh SEM của vật liệu PZT được tổng hợp từ các vật liệu na-nô TiO2 và ZrO2. Các hạt gốm có kích thước khoảng 50nm. Điều đặc biệt là PZT được chế tạo bằng phương pháp này được tổng hợp ở 700oC trong 2 giờ và có thể được thiêu kết thành công ở nhiệt độ chỉ 850oC trong 4 giờ, đúng bằng nhiệt độ tổng hợp (nung sơ bộ) mà chúng tôi vẫn áp dụng để tổng hợp PZT bằng phương pháp truyền thống.
Hình 5.10. Ảnh SEM của vật liệu PZT được tổng hợp từ vật liệu nanọ
Mẫu PZT chế tạo được đã được phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X, giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy PZT đã được tổng hợp hồn tồn. Vật liệu có tính chất sắt điện tốt, trường điện kháng EC = 0,9MV/m và độ phân cực dư Pr = 0,277C/m2 [24].
Đây là một giải pháp có giá trị, góp phần giải quyết các bài tốn về năng lượng và ơ nhiễm mơi trường, cũng như các yêu cầu khác mà kỹ thuật đòi hỏi như chế tạo linh kiện gốm nhiều lớp (tụ điện, bộ vi dịch chuyển,…).