Bảng 3.8: Năng lượng kớch hoạt quỏ trỡnh dẫn nhảy polaron nhỏ
của cỏc mẫu B1 tới B10
Mẫu B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10
X 0.5 0.73 0.75 0.77 0.8 0.85 0.88 0.9 0.92 0.97
a
E (eV) 0.74 0.77 0.81 0.92 1.03 1.32 1.52 1.64 1.74 1.79 Kết quả tớnh toỏn năng lượng kớch hoạt của quỏ trỡnh dẫn nhảy polaron được đưa ra trong bảng 3.8 và thể hiện trờn hỡnh 3.19. Ta thấy năng lượng kớch hoạt của cỏc mẫu cú xu hướng tăng dần khi x (tỷ lệ BaTiO3) tăng. Với mẫu x = 0.97, giỏ trị năng lượng kớch hoạt quỏ trỡnh dẫn nhảy polaron nhỏ là Ea=1.79 eV. Giỏ trị này gần tương đương với năng lượng vựng cấm của chất gốm điện mụi BaTiO3 (khoảng Eg = 1.82 eV theo tớnh toỏn ở chương 4 và cụng trỡnh thực nghiệm [49]). Kết quả thu được nhỏ hơn một chỳt cú thể là do sự đồng tồn tại của pha sắt điện và thuận điện trong khoảng nhiệt độ gần Tc [35].
Hỡnh 3.19: Sự phụ thuộc của năng lượng kớch hoạt vào tỷ lệ mol x của BaTiO3 trong cỏc vật liệu tổ hợp.
3.10. Kết luận chƣơng 3:
- Lần đầu tiờn nghiờn cứu hệ vật liệu tổ hợp giữa vật liệu sắt điện BaTiO3 và vật liệu sắt từ La0.7Sr0.3MnO3 pha Co.
- Hệ vật liệu chế tạo là đơn pha, cú cấu trỳc tứ giỏc.
- Một số vật liệu chế tạo cú tớnh chất đa phõn cực (multiferroic) một hiện tượng lý thỳ khi vật liệu vừa cú tớnh sắt điện, vừa cú tớnh sắt từ. Đõy là một sự tiếp cận hồn tồn mới vỡ cỏc nhúm nghiờn cứu khỏc ở Việt Nam cũng như trờn thế giới hầu hết đều chế tạo vật liệu màng đa lớp multiferroic.
Khảo sỏt tớnh chất động của hệ vật liệu này ta thấy:
- Một số mẫu tổ hợp cú hằng số điện mụi cực đại lớn (mẫu B3 cú thành phần BaTiO3 x=0.75 cú hằng số điện mụi cực đại lớn cỡ 2x105 lớn hơn 100 lần so với BaTiO3 đa tinh thể thụng thường).
- Đặc trưng dẫn của vật liệu tổ hợp trong khoảng nhiệt độ quan tõm (40 tới 100oC ) cú thể được mụ tả rất phự hợp bởi lý thuyết polaron bỏn kớnh nhỏ của Mott.
Quỏ trỡnh dẫn điện của vật liệu chủ yếu là do sự dịch chuyển kiểu nhảy của cỏc polaron bỏn kớnh nhỏ trong mạng tinh thể.
CHƢƠNG 4
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU HỆ VẬT LIỆU BZT PHA TẠP La
4.1. Giới thiệu họ vật liệu BZT
Họ vật liệu BZT cú tớnh chất sắt điện (ferroelectric) tốt và được cỏc nhúm nghiờn cứu trong và ngồi nước quan tõm nhiều do vật liệu này cú hằng số điện mụi tương đương với PZT [14, 40, 49, 66, 72] nhưng khụng cú chứa chỡ (Pb) trong thành phần. So với PZT thỡ BZT là loại vật liệu thõn thiện với mụi trường hơn. Cũng như cỏc vật liệu sắt điện khỏc, hằng số điện mụi của BZT đạt cực đại tại nhiệt độ chuyển pha Curie sắt điện. Tuy nhiờn nhiệt độ chuyển pha này vào khoảng trờn 200 oC nờn tại vựng nhiệt độ phũng, hằng số điện mụi của vật liệu này tương đối nhỏ chỉ vào khoảng 1000 – 2000.
Để cú thể tạo vật liệu cú hằng số điện mụi lớn trong vựng nhiệt độ phũng chỳng tụi chia việc nghiờn cứu họ vật liệu BZT làm hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiờn là tiến hành pha Sr vào thay thế một phần cho Ba trong thành phần của BZT để làm giảm nhiệt độ chuyển pha Curie sắt điện của vật liệu xuống nhiệt độ phũng [18]. Giai đoạn kế tiếp sau khi tỡm được nồng độ Sr thớch hợp, chỳng tụi tỡm cỏch thay thế một phần Ti bằng La để làm tăng hằng số điện mụi của vật liệu.
4.2. Nghiờn cứu ảnh hƣởng của Sr lờn nhiệt độ chuyển pha của BSZT
Họ vật liệu Ba1-xSrx(Zr0.5Ti0.5)O3 (x = 0.1, x = 0.15, x = 0.2, viết tắt là hệ BSZT) được chế tạo với mục đớch tỡm tỷ lệ mol của Sr pha tạp thớch hợp để vật liệu BSZT cú nhiệt độ chuyển pha ở khoảng nhiệt độ phũng.
Để thay đổi điểm chuyển pha Curie của vật liệu perovskite sắt điện người ta hay thay thế một phần nguyờn tố A trong ABO3 bằng cỏc nguyờn tố như Pb hoặc Sr. Khi thay thế nguyờn tố ở vị trớ A bằng Pb, sẽ hỡnh thành một phần PbTiO3 cú nhiệt
độ chuyển pha Curie rất cao vào khoảng trờn 400oC kết quả làm cho nhiệt độ chuyển pha của vật liệu tăng [74].
Ngược lại, khi thay thế nguyờn tố ở vị trớ A bằng Sr, do SrTiO3 cú nhiệt độ chuyển pha thấp cỡ -200 oC nờn sự thay thế này sẽ làm giảm nhiệt độ chuyển pha của hệ vật liệu.
Nhiệt độ chuyển pha Curie sắt điện thuận điện của BZT vào khoảng 200 oC. Do đú trong trường hợp này, chỳng tụi nghiờn cứu chọn Sr làm nguyờn tố thay thế để đạt được mục đớch giảm nhiệt độ chuyển pha của BZT xuống gần nhiệt độ phũng [74].
Cỏc mẫu được chế tạo theo cụng nghệ gốm thụng thường. sau khi nung thiờu kết, cỏc mẫu được phõn tớch cấu trỳc tinh thể bằng phổ kế tia X, phõn tớch cấu trỳc bề mặt bằng kớnh hiển vi điện tử quột SEM, khảo sỏt sự phụ thuộc của tổng trở phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số.