Độ dẫn ion của các mẫu được xác định thông qua phép đo phổ tổng trở xoay chiều phụ thuộc tần số f (với f từ 13 MHz đến 5 Hz). Trên hình 3.4b trình bày phổ tổng trở điển hình của mẫu La0,56Li0,33TiO3 được đo tại nhiệt độ phòng (cỡ 30 oC). Chúng ta thấy, phổ tổng trở của mẫu trên hình 3.5 gồm hai phần riêng biệt. Phần thứ nhất gồm hai bán nguyệt: bán nguyệt thứ nhất ở vùng tần số cao (được phóng to trong hình 3.5a) đặc trưng cho điện trở trong hạt, bán nguyệt thứ hai trong vùng tần số thấp hơn đặc trưng cho điện trở biên hạt. Một cách gần đúng, điểm chặn của bán nguyệt thứ nhất bởi trục thực Z’ về phía tần số thấp là điểm chặn của bán nguyệt thứ hai bởi trục thực về phía tần số caọ Phần thứ hai có dạng đường thẳng ở vùng tần số thấp liên quan tới quá trình khuếch tán của ion trên lớp Helmholtz.
Hình 3.6 biểu diễn phổ tổng trở của mẫu La0,56Li0,33TiO3 được thiêu kết ở các nhiệt độ 1150, 1200 và 1250 oC trong 6 giờ đo tại nhiệt độ phòng. Phổ
a) b)
Hình 3.5: Giản đồ phổ tổng trở tiêu biểu của mẫu La0,56Li0,33TiO3 được đo tại nhiệt độ phòng, trong dải tần số 13 MHz ÷ 5 Hz.
39
tổng trở của các mẫu cho thấy độ dẫn ion liti trong hạt thay đổi không đáng kể khi thay đổi nhiệt độ thiêu kết. Ngược lại, độ dẫn biên hạt thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thiêu kết tăng. Sự tăng của độ dẫn ion liti trên biên hạt khi tăng nhiệt độ thiêu kết có thể được giải thích như sau: i) Khi nhiệt độ thiêu kết tăng, kích thước hạt tinh thể tăng như cho thấy trong ảnh SEM (Hình 3.3), tuy nhiên, độ dẫn khối chủ yếu phụ
thuộc vào thành phần của hạt và phụ thuộc không nhiều vào kích thước hạt. ii) Khi nhiệt độ thiêu kết tăng, kích thước hạt tăng và nó cũng làm thay đổi kích thước biên hạt cũng như thành phần biên hạt do tính dễ bay hơi của liti khi thiêu kết ở nhiệt độ caọ Do vậy, độ dẫn biên hạt thay đổi mạnh theo nhiệt độ thiêu kết.
Để xác định được độ dẫn ion, ta cần xác định điện trở của mẫụ Từ phổ tổng trở, điện trở hạt và biên hạt được xác định chính bằng độ rộng của các hình bán nguyệt ở vùng tần số cao và vùng tần số thấp tương ứng. Khi đó, độ dẫn ion () của mẫu được xác định bởi biểu thức:
.
d R S
trong đó: d là chiều dày của mẫu, S là diện tích điện cực, R là điện trở.
Hình 3.6: Phổ tổng trở của các mẫu La0,56Li0,33TiO3 thiêu kết tại nhiệt độ 1150 (■), 1200 (●) và 1250C (►).
40
Kết quả tính toán nhận được độ dẫn hạt g và độ dẫn biên hạt gb tại nhiệt độ phòng của mẫu được liệt kê trong bảng. Trong các mẫu đã chế tạo, độ dẫn hạt của mẫu được thiêu kết ở 1200 o
C có giá trị lớn nhất (g = 2,3.10-3 S.cm-1). Trong dải nhiệt độ khảo sát, mẫu được thiêu kết ở nhiệt độ 1250 oC có độ dẫn biên hạt và do vậy độ dẫn khối lớn nhất (gb = 3,3.10-5 S.cm-1).
Vậy bằng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống, chất điện li rắn dẫn ion liti La0,56Li0,33TiO3 đã được chế tạọ Độ dẫn khối của vật liệu có giá trị khá cao (cỡ 10-5 S.cm-1), có thể được sử dụng làm chất điện li rắn cho pin Li- ion.
Độ dẫn của mẫu La0,56Li0,33TiO3 sau thiêu kết tại nhiệt độ 1150C, 1200C, 1250C.
Tsint 1150 C 1200 C 1250 C
g (S.cm-1) 2,0.10-3 2,3.10-3 1,9.10-3
41
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài khóa luận, các kết quả cơ bản đã đạt được có thể tóm tắt như sau:
1) Bằng phương pháp phản ứng pha rắn đã chế tạo được vật liệu perovskite La0,56Li0,33TiO3 có khả năng dẫn ion liti khá caọ
2) Perovskite La0,56Li0,33TiO3 có cấu trúc mạng tinh thể tứ giác thuộc nhóm không gian P4/mmm.
3) Độ dẫn ion liti của La0,56Li0,33TiO3 được xác định bằng phép đo phổ tổng trở. Tại nhiệt độ phòng, độ dẫn hạt đạt giá trị cao nhất đối với mẫu được thiêu kết ở nhiệt độ 1200 oC và có giá trị là g = 2,3.10-3 S.cm-1. Độ dẫn biên hạt có giá trị cao nhất khi thiêu kết ở 1250 o
C và đạt giá trị gb = 3,3.10-5 S.cm-1.
42
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
Trần Trung Đượng, Lê Đình Trọng, Bùi Thị Hiên Phương, Dương Thị Yến, Nguyễn Thị Hồng Thanh, Ninh Viết Hợp, Đình Quang Khải, Nguyễn Thị Ngọc Lan, “Tính chất dẫn ion Li+
của tinh thể perovskite La0,56Li0,33TiO3 chế tạo bằng phản ứng pha rắn”, Hội nghị Khoa học trẻ, Trường ĐHSP Hà Nội 2, 4/2014.
43
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Lê Đình Trọng (2010), Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu dẫn ion thuộc họ LaLiTiO3 và khảo sát các đặc trưng cấu trúc, tính chất điện của chúng, Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệụ
2. Lê Đình Trọng, Nguyễn Năng Định, Nguyễn Thị Bảo Ngọc, Vũ Văn Hồng, Đặng Văn Thành (2005), “Vật dẫn ion cấu trúc Perovskite: Phương pháp chế tạo và đặc trưng tính chất”, Báo cáo tại hội nghị Vật lý
toàn quốc lần thứ 6, Hà Nội 23-25 tháng 11 năm 2005, Tập III (2006),
Tr. 1281-1284.
3. Lê Đình Trọng, Phạm Duy Long, Đỗ Xuân Mai, Nguyễn Năng Định (2007), “Chế tạo và khảo sát tính chất dẫn ion Li+
của chất điện ly rắn họ LaLiTiO3”, Báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 5, Vũng
Tàu 11-2007, Tuyển tập các báo cáo Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 5, Tr. 702-705.
4. Phạm Duy Long, Nguyễn Năng Định, Lê Đình Trọng (2004), “Nghiên cứu tính chất dẫn ion của tinh thể perovskite La0,67-xLi3xTiO3 chế tạo bằng phản ứng pha rắn”, Những vấn đề hiện đại của Vật lý chất rắn, Tập III-A, Tr.337-340.
Tiếng Anh
5. Belous ẠG. (2001), “Lithium ion conductors based on the perovskite La2/3-xLi3xTiO3”, Journal of the European Ceramic Society 21.
6. Bohnke Ọ, Duroy H., Fourquet J.-L., Ronchetti S., Mazza D. (2002), “In search of the cubic phase of the Li+ ion-conducting perovskite La2/3- xLi3xTiO3: structure and properties of quenched and in situ heated samples”, Solid State Ionics 149.
44
7. Fourquet J. L., Duroy H., and Crosnier-Lopez M. P.(1996), “Structural and Microstructural Studies of the Series La2/3-xLi3x1/3-2xTiO3”, Journal of Solid State Chemistry 127,pp. 283-294.
8. Harada Ỵ, Kuwano J., Hirakoso Ỵ, Kawai H. (1999), “Order–disorder of the A-site ions and lithium ion conductivity in the perovskite solid solution La0,67-xLi3xTiO3 (x=0.11)”, Solid State Ionics 121.
9. Harada Ỵ, Kuwano J., Ishigaki T., Kawai H. (1998), “Lithium ion conductivity of polycrystalline perovskite La0.67-xLi3xTiO3 with ordered and disordered arrangements of the A-site ions”, Solid State Ionics 108,
pp. 407–413.
10. Inaguma Ỵ, Katsumata T., Itoh M., and Morii Ỵ (2002), “Crystal Structure of a Lithium Ion-Conducting Perovskite La2/3-xLi3xTiO3 (x =0.05)”, Journal of Solid State Chemistry 166.
11. Inaguma Ỵ, Katsumata T., Itoh M., Morii Ỵ, Tsurui T. (2006), “Structural investigations of migration pathways in lithium ion- conducting La2/3−xLi3xTiO3 perovskites”, Solid State Ionics 177.
12. Inaguma Ỵ, Liquan C., Itoh M., Nakamura T., Uchida T., Ikuta H. and, Wakihara M. (1993), “High ionic conductivity in lithium lanthanum titanate”, Solid State Communications 86(10).
13. Itoh M., Inaguma Y., Jung W.H., Chen L., Nakamura T. (1994), “High lithium ion conductivity in the perovskite-type compounds Ln1/2Li1/2TiO3
(Ln=La, Pr, Nd, Sm)”, Solid State Ionics 70-71(1), pp. 203-207.
14. Ibarra J., Varez Ạ, Leon C., Santamarıa J., Torres-Martinez L.M., Sanz J. (2000), “Influence of composition on the structure and conductivity of the fast ionic conductors La2/3-xLi3xTiO3 (0.03 ≤ x ≤ 0.167)”, Solid State Ionics 134, pp. 219–228.