CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU- 123docz.net

CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC, VI CẤU TRÚC VÀ CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA HỆ VẬT LIỆU x BZT  (1 x )BCT

3.1. CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI BỀ MẶT CỦA VẬT LIỆU

44.0 44.5 45.0 45.5 46.0 46.5

20 30 40 50 60 70 80

(002)T (200)R

(b)

(200)T

0.52BZT 0.54BZT 0.56BZT

0.50BZT 0.48BZT 0.46BZT 0.44BZT 0.42BZT 0.52BZT

0.54BZT 0.56BZT

0.50BZT 0.48BZT 0.46BZT 0.44BZT

(220)

(211)

(210)

(002)/(200)

(111)

(110)

2 ()

Cường độ (đvtđ)

(a)

2 ()

(100)

0.42BZT

Hình 3.1. Giản đồ XRD của hệ vật liệu xBZT trong vùng

o o

( ) 20a 70 , ( ) 44b o 46o

Hình 3.1a cho thấy, tất cả các mẫu đều có cấu trúc perovskite, không phát hiện dấu vết của pha lạ trong phạm vi nghiên cứu. Điều này chứng tỏ, dung dịch rắn xBZT đã hình thành ổn định. Hình 3.1b biểu diễn giản đồ XRD của vật liệu trong khoảng 44o 46o. Có thể thấy rằng, khi nồng độ

BZT nằm trong khoảng 0.420.46, vật liệu có đối xứng tứ giác (thuộc nhóm không gian P4mm) đặc trưng bởi sự tách vạch (002)/(200) tại lân cận 45o. Cường độ của vạch (002)T giảm khi nồng độ BZT tăng. Các đỉnh nhiễu xạ (200) và (002) dần nhập làm một khi x  0, 48, vật liệu sở hữu đối xứng mặt thoi (nhóm không gian P3m), nghĩa là đã có sự chuyển pha về cấu trúc.

Hơn nữa, các đỉnh nhiễu xạ dịch chuyển về phía góc thấp khi x tăng. Có thể nói, nồng độ BZT đã làm biến dạng mạng, đồng thời gây ra sự thay đổi cấu trúc tinh thể và kích thước ô cơ sở trong vật liệu.

Bảng 3.1. Thông số mạng của vật liệu xBZT

Thành phần a (Å) b (Å) c (Å)  ()  ()  () 0.42BZT 4,0005 4,0005 4,0069 90,0000 90,0000 90,0000 0.44BZT 4,0036 4,0036 4,0075 90,0000 90,0000 90,0000 0.46BZT 4,0049 4,0049 4,0082 90,0000 90,0000 90,0000

0.48BZT - - - -

0.50BZT 4,0060 4,0060 4,0060 89,9161 89,9161 89,9161 0.52BZT 4,0058 4,0058 4,0058 89,9121 89,9121 89,9121 0.54BZT 4,0054 4,0054 4,0054 89,9171 89,9171 89,9171 0.56BZT 4,0047 4,0047 4,0047 89,9131 89,9131 89,9131

Kết quả tính toán các tham số mạng tinh thể của hệ vật liệu xBZT trong bảng 3.1 cho thấy, khi x  0, 42 0, 46, vật liệu tồn tại ở pha tứ giác, tham số a aT và c cT đều tăng nhưng mức độ tăng của a nhanh hơn so với c nên tính tứ giác giảm. Khi nồng độ x  0, 48, vật liệu có đối xứng mặt thoi, các tham số tương ứng ( ,a cR R) giảm. Sự biến thiên của các tham số mạng ( , )a c và tính tứ giác ( / )a c theo nồng độ BZT đối với hệ vật liệu xBZT được mô tả ở hình 3.2.

0.44 0.48 0.52 0.56 4.0000

4.0020 4.0040 4.0060 4.0080 4.0100 4.0120

0.44 0.48 0.52 0.56 0.9995 1.0000 1.0005 1.0010 1.0015 1.0020

a c

a, c (Å)

(a)

aR = cR cT

MPB MPB

c/a (b)

c/a

Hình 3.2. Tham số mạng và tính tứ giác của hệ vật liệu xBZT là hàm của nồng độ BZT Để làm rõ sự chuyển pha xảy ra trong vật liệu, số liệu XRD của các mẫu xung quanh thành phần 0,48BZT được làm khớp với hàm Gauss (hình3.3).

44.7 45.0 45.3 45.6 45.9

45,21 45,36

45,10

0,46BZT 45,11 45,38

2  () Tứ giác

45,21

0,50BZT

0,48BZT

Cường độ (đvtđ)

0,52BZT 45,21

Mặt thoi

Hình 3.3. Giản đồ XRD trong vùng 44o 46o của các mẫu lân cận thành phần 0,48BZTđược làm khớp với hàm Gauss

Kết quả cho thấy, thành phần 0.48BZT tồn tại đồng thời hai pha. Đó là pha tứ giác (các đỉnh (002)T, (200)T định vị tại 45,11o và 45, 36o, tương ứng) và pha mặt thoi (đỉnh (200)R tại 45.21o). Tỷ lệ pha tứ giác, FT, trong trường hợp này được tính bởi biểu thức (3.1)[35]

200 002

T T

T 200 200 002

T R T

I I ,

I I I

 

 

F (3.1)

và có giá trị 71.7%, với IT/R200/002 là cường độ của các vạch nhiễu xạ (200)/(002), các chỉ số R và T ký hiệu cho mặt thoi và tứ giác, tương ứng.

Sự tồn tại đồng thời của pha tứ giác và pha mặt thoi ứng với x  0, 48 chứng tỏ, của hệ có thể nằm ở thành phần 0,48BZT. Kết quả này khác với công bố trước đây khi cho rằng, MPB của vật liệu ứng với x  0, 50 [62].

Hình 3.4 là ảnh SEM của hệ vật liệu xBZT được thiêu kết ở 1450 Co .

Hình 3.4. Ảnh SEM của vật liệu xBZT thiêu kết tại 1450 Co MPB

0,42BZT 0,44BZT 0,46BZT

0,48BZT 0,50BZT 0,52BZT

0,54BZT 0,56BZT

Sự phân bố cỡ hạt của vật liệu được tính toán bằng phần mềm ImageJ trên ảnh SEM. Kết quả được minh họa trên hình

0 10 20 30 40 50 60 0

10 20 30 40

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss 0,42BZT

Sg (m) 00 10 20 30 40 50 60

15 30 45 60 75

Sg (m)

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss 0,44BZT

0 10 20 30 40 50 0

10 20 30

Sg (m) 0,46BZT

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

0 15 30 45 60 75

0 7 14 21 28 35

Sg (m) 0,48BZT TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

TÇn suÊt

0 15 30 45 60

0 10 20 30 40

Sg (m) 0,50BZT

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

0 12 24 36 48 60

0 10 20 30 40

Sg (m) 0,52BZT

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

0 15 30 45 60 75 90 0

10 20 30 40 50 60

Sg (m) 0,54BZT

TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

0 10 20 30 40 50

0 10 20 30 40

Sg (m)

TÇn suÊt

0,56BZT TÇn suÊt

Đường làm khớp Gauss

Hình 3.5. Sự phân bố cỡ hạt của vật liệu xBZT

3.5.

Hình 3.5 cho thấy, kích thước hạt thay đổi trong khoảng (595) m và tập trung ở đỉnh hàm Gauss. Bên cạnh đó, chúng tôi còn sử dụng phương pháp cắt tuyến tính (chương trình Lince) để tính toán kích thước hạt trung bình của vật liệu, qua đó có thể so sánh kết quả tính toán cỡ hạt bằng hai phương pháp (bảng 3.2). Có sự phù hợp khá tốt trong kết quả giữa hai phương pháp này. Kích thước hạt và tỷ trọng của vật liệu thay đổi theo nồng độ BZT, đạt giá trị lớn nhất tại thành phần 0,48BZT.

Bảng 3.2. Kích thước hạt trung bình và tỷ trọng của hệ vật liệu xBZT

Mẫu Kích thước hạt, Sg ( m) Tỷ trọng,  (kg/m )3

Phần mềm Lince Phần mềm ImageJ

0.42BZT 22,6 22,5 5351

0.44BZT 24,1 22,0 5482

0.46BZT 28,4 25,2 5534

0.48BZT 32,4 29,2 5624

0.50BZT 30,0 25,5 5602

0.52BZT 26,4 23,5 5531

0.54BZT 27,9 27,0 5493

0.56BZT 24,8 23,2 5452