Đáp ứng điện môi của các mẫu M

X EC (MV/m) Pr(C/m2) 4 1,097 0,

4.1.2.1.Đáp ứng điện môi của các mẫu M

Đáp ứng điện mơi của họ mẫu MX được trình bày trên hình 4.5. Sự dịch chuyển đáp ứng điện môi theo tần số cho thấy các mẫu MX là các sắt điện chuyển pha nhòẹ Trong khi đáp ứng điện môi các sắt điện thường ngay lập tức bị triệt tiêu ở nhiệt độ chuyển pha TC, thì với hầu hết các mẫu nhóm này, phép đo đến nhiệt độ 400oC, cao hơn nhiệt độ ứng với cực đại của đáp ứng điện môi (Tm) trên 80oC, ta vẫn còn quan sát thấy giá trị khá lớn của ε/ε0 (cỡ 103).

Ở cùng một tần số, khi thành phần thay đổi thì đỉnh cực đại điện mơi thấp dần và dịch chuyển về phía nhiệt độ thấp hơn khi X tăng. Đồng thời, độ rộng của đáp ứng điện môi tăng lên khi X tăng. Như vậy các mẫu MX cũng có tính re-la-xọ Khi X tăng thì nhiệt độ chuyển pha của vật liệu giảm trong khi đó tính chất re-la-xo tăng. Từ hình

4.5, cho phép ta phát biểu rằng mức độ bất trật tự thành phần trong vật liệu sẽ tăng dần khi X tăng. 0 100 200 300 400 0 1x104 2x104 3x104 ε '/ ε0 T (oC) M4 M6 M7 M8 M5 f = 1kHz

Hình 4.5. Đáp ứng điện môi của các mẫu MX ở tần số 1kHz.

Hình 4.6 cho thấy, với cùng 1 thành phần vật liệu, khi tần số tăng lên thì đỉnh cực đại của phần thực của hằng số điện môi ε’/ε0 dịch chuyển về phía nhiệt độ cao hơn, đỉnh cực đại điện mơi hạ thấp dần. Trong khi đó, tổn hao điện môi tgδ tăng theo tần số. Những đặc trưng này phản ánh tính chất re-la-xo của vật liệu PZT - PMnN. Tính re-la-xo xuất hiện là do trong thành phần của nó có PMnN là thành phần pe-rov- skit phức chứa Nb. Gốm PMnN vốn là một re-la-xo, làm cho vật liệu PZT - PMnN cũng có tính re-la-xọ 0 100 200 300 400 0.0 4.0x103 8.0x103 1.2x104 1.6x104 ε '/ ε0 T (oC) 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 500kHz 0 100 200 300 400 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1kHz 10kHz 100kHz T (oC) 1MHz 500kHz tg δ (a) (b)

Hình 4.6. Sự biến đổi của (a) phần thực của độ thẩm điện môi (ε’) và (b) tổn hao điện môi

Bảng 4.2. tổng hợp các kết quả đo đáp ứng điện mơi của các mẫu nhóm MX. Ở đây, Tm là nhiệt độ ứng với cực đại điện môi, (ε'/ε0)max là độ thẩm điện môi cực đại, (ε'/ε0) r là độ thẩm điện mơi đo tại nhiệt độ phịng, Tmδ là nhiệt độ ứng với cực đại của tổn hao điện mơi,cịn (tgδ)r là tổn hao điện môi tại nhiệt độ phòng.

Phần ảo của độ thẩm điện mơi ε” /ε0 sẽ được tính đồng thời, giá trị của nó bằng tích số của giá trị phần thực ε'/ε0 với tổn hao tgδ. Sự biến đổi của thành phần ảo của độ thẩm điện môi ε” /ε0 có cùng dáng điệu với sự biến đổi của tổn hao điện môị

Bảng 4.2. Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu MX (PZT - PMnN).

Bảng 4.2.ạ Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M4.

Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r

1kHz 327,2 27.537 957 321,9 0,0633 0,0042 10kHz 328,6 25.120 924 324,6 0,0637 0,0045 100kHz 330,5 23.746 889 327,9 0,0764 0,0044 1000kHz 336,2 20.012 850 332,6 0,0932 0,0048

Bảng 4.2.b. Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M5.

Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r

1kHz 325,1 24.317 927 320,0 0,0992 0,0052 10kHz 327,6 22.832 906 323,1 0,1001 0,0061 100kHz 330,1 21.121 891 325,4 0,1085 0,0057 1000kHz 334,7 18.326 863 330,9 0,1238 0,0072

Bảng 4.2.c. Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M6.

Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r

1kHz 322,9 19.825 812 316,9 0,0833 0,0060 10kHz 326,1 19.544 784 318,1 0,0886 0,0067 100kHz 329,6 19.283 767 322,3 0,0912 0,0074 1000kHz 334,7 17.216 744 326,2 0,1309 0,0086

Bảng 4.2.d. Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M7. Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r 1kHz 320,4 17.068 772 319,3 0,0872 0,0042 10kHz 324,7 16.171 758 323,8 0,1001 0,0044 100kHz 328,6 14.452 736 327,8 0,1474 0,0046 1000kHz 333,5 12.936 707 330,3 0,2165 0,0057

Bảng 4.2.ẹ Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M8.

Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r

1kHz 308,0 14.335 720 304,5 0,1611 0,0070 10kHz 312,2 13.812 704 310,0 0,1852 0,0073 100kHz 315,2 12.638 688 314,4 0,2407 0,0088 1000kHz 323,2 10.867 674 321,7 0,3528 0,0116

Bảng 4.2.f. Các thông số của đáp ứng điện môi, mẫu M9.

Tần số T m (ε'/ε0) max (ε'/ε0) r T mδ (tgδ) max (tgδ) r

1kHz 293,8 13.927 716 289,5 0,1527 0,0076 10kHz 297,6 13.112 701 294,9 0,1756 0,0098 100kHz 302,4 11.961 682 298,7 0,2129 0,0104 1000kHz 310,7 10.036 670 304,8 0,3431 0,0138

Nhận xét: Các mẫu MX có độ thẩm điện mơi giảm dần khi X tăng. Nguyên nhân đầu tiên là do khi X tăng thì thành phần vật liệu dời xa biên pha nên độ thẩm điện môi giảm. Thứ hai, khi X tăng thì kích thước hạt tăng dần, làm cho độ thẩm điện môi giảm [130]. Thứ ba, hiện tượng giảm độ thẩm điện môi liên quan đến sự cứng hóa vật liệu được cho là do tác động của tạp Mn. Điều này cũng phù hợp với hình thái các đường trễ trên hình 4.4. Tuy nhiên, tổn hao điện môi (tgδ)r tăng khi X tăng lại thể hiện tính mềm hóa dần của vật liệụ Điều này chứng tỏ PZT - PMnN đã đồng thời bị cứng hóa và mềm hóa so với PZT do ảnh hưởng đồng thời của các i-on Mn và Nb.

Tổn hao điện mơi tgδ ở nhiệt độ phịng (đo tại 30oC) của các mẫu đều xấp xỉ 1%, giá trị này ứng với góc pha θ = - 89,43o.

6 8 10 12 14 1.65 1.70 1.75 1.80 1 0 0 0 /T m ( K -1 ) ln f M4 M5 M6 M7 M8 M9 X

Hình 4.7. Sự phụ thuộc của Tm theo tần số của nhóm mẫu MX.

Từ số liệu bảng 4.2, ta xây dựng họ đồ thị hình 4.7 để mơ tả sự phụ thuộc của nghịch đảo của nhiệt độ Tm vào tần số. Ta thấy, các đường tương ứng với các mẫu M4-M7 nằm sát nhau trên đồ thị, đường M8 và M9 nằm tách rời và rời xa nhóm này khá nhanh. Như vậy, so với các thành phần trước đó, nhiệt độ Tm của các mẫu M8 và M9 giảm đi khá nhanh khi X tăng lên. Đối với vật liệu áp điện cơng suất thì đây là điểm bất lợi, vì một vật liệu có tính chất áp điện tốt nhưng nhiệt độ làm việc thấp thì khả năng ứng dụng sẽ bị hạn chế, nhất là trong trường hợp làm việc dưới cường độ cao, ma sát lớn, tỏa nhiệt mạnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});