1 d c t im d ct C R Z C R (2.20) Từ hai biểu thức này chúng ta nhận được biểu thức liên hệ giữa phần thực và phần ảo có dạng: 2 2 2 Re 2 2 ct ct o im R R Z R Z (2.21)
Phương trình (2.21) biểu diễn trên mặt phẳng phức có dạng một nửa đường tròn. Nửa đường tròn này cắt trục thực tại Ro khi tần số tiến tới vô cùng và tại (Ro + Rct) khi tần số tiến tới 0. Từ giá trị Rct thu được từ thực nghiệm có thể xác định độ dẫn ion () của vật liệu theo công thức:
l RA
(2.22) Trong đó: A - diện tích; l - chiều dài; R - điện trở.
2.2. Thực nghiệm chế tạo mẫu
31
Hình 2.9: Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp gốm.
Vật liệu nguồn La2O3, Li2CO3, TiO2
Nghiền trộn lần 1
Nung sơ bộ
Nghiền trộn lần 2
Ép viên và thiêu kết
Các mẫu gốm La0,55Li0,36TiO3 được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống. Quy trình chế tạo vật liệu được thực hiện theo các bước như mô tả trong hình 2.9. Cụ thể các bước được tiến hành như sau:
- Chuẩn bị mẫu nguyên vật liệu
Chất điện ly rắn La0,56Li0,36TiO3 (LLTO) được chế tạo từ các chất ban đầu là các oxit La2O3 (99,9%),
TiO2 (99,9%) và muối Li2CO3 (99,9%) có độ sạch cao. Hỗn hợp vật liệu nguồn được pha trộn theo tỉ lệ nguyên tử kim loại La:Li:Ti là 0,55:0,36:1. Riêng với La2O3 được nung ở nhiệt độ 400 C trong 1 giờ trước khi cân, việc làm này đảm bảo loại bỏ hoàn toàn nước do La2O3 là chất hấp thụ nước mạnh ở điều kiện thường, giúp cho việc cân La2O3 theo đúng thành phần danh định.
- Nghiền trộn lần 1
Hỗn hợp các bột được
nghiền trộn trong dung môi (cồn tuyệt đối) bằng máy nghiền hành tinh với chế độ 400 vòng/phút trong 4 giờ. Công việc này có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo sự đồng nhất của vật liệu, làm cho các hạt bột mịn và trộn với nhau đồng đều, cho phép phản ứng pha rắn xảy ra đồng đều qua sự khuếch tán nguyên tử giữa các hạt.
- Nung sơ bộ
32
bay hơi tự nhiên sau đó được ủ nhiệt với tốc độ gia nhiệt là 10 C/phút. Khi đạt nhiệt độ 800 C, nhiệt độ được giữ không đổi trong 4 giờ sau đó để nguội tự nhiên trong lò. Tại nhiệt độ này có sự phân hủy của Li2CO3 để giải phóng CO2 và tác dụng với La2O3 và TiO2 theo cơ chế phản ứng pha rắn tạo thành các pha hợp chất trung gian.
- Nghiền trộn lần 2
Hỗn hợp bột thu được tiếp tục được nghiền trộn lần 2 bằng máy nghiền hành tinh. Ở lần nghiền trộn này chúng tôi thực hiện trong 6 giờ và đặt chế độ 400 vòng/phút. Ý nghĩa của việc làm này là một mặt tạo độ đồng đều hơn nữa cho hỗn hợp một mặt cung cấp năng lượng cho phản ứng pha rắn tiếp tục xảy ra nhằm mục đích giảm nhiệt độ thiêu kết sau này.
- Thiêu kết
Sau khi nghiền trộn lần 2, hỗn hợp bột được ép dưới áp suất 400MPa thành các viên có dạng hình trụ dẹt với đường kính = 12 mm với chiều dày d ≈ 1 mm. Tiếp theo, các viên được thiêu kết ở các chế độ nhiệt khác nhau là 1150, 1200 và 1250 C trong thời gian 6 giờ với tốc độ gia nhiệt 10 C/phút và sau đó để nguội tự nhiên trong lò. Thiết bị được sử dụng thiêu kết là hệ lò Nabertherm với chế độ hoạt động tự động theo chương trình cài đặt trước.