Nghiên cứu chế tạo và các tính chất vật lý của hệ gốm đa thành phần trên cơ sở PZT và các vật liệu sắt điện chuyển pha nhòe

DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG

Bảng 1.1. Giá trị của thừa số xếp chặt t đối với một số hợp chất kiểu perovskite 8

Bảng 2.1. Các kết quả tính toán kích thước hạt, hằng số mạng và mật độ gốm trung bình của nhóm mẫu MP từ việc phân tích SEM và nhiễu xạ Tia X 42

Bảng 2.2. Các kết quả tính toán kích thước hạt, hằng số mạng và mật độ gốm trung bình của nhóm mẫu MZ từ việc phân tích SEM và nhiễu xạ tia X 46

Bảng 2.3. Các hệ số đa thức của (2.14) và (2.15). 54

Bảng 3.1. Các giá trị trung bình của hằng số điện môi  và tổn hao điện môi tan của các nhóm mẫu MP, MZ ở nhiệt độ phòng tại tần số 1kHz

....................................................................................................... 59

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 161 trang tài liệu này.

Bảng 3.2. Các giá trị của hằng số điện môi cực đại max, nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại Tm và độ nhòe  của các nhóm mẫu MP, MZ đo tại tần số 1kHz 63

Bảng 3.3. Các thông số thu được từ việc làm khớp số liệu với các hệ thức Vogel – Fulcher 68

Bảng 3.4. Các thông số đặc trưng cho tính chất sắt điện của gốm PZT-PZN- PMnN tại nhiệt độ phòng: độ phân cự dư Pr, điện trường kháng EC

....................................................................................................... 69

Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng cho tính chất sắt điện của gốm PZT-PZN- PMnN theo nhiệt độ: độ phân cự dư Pr, điện trường kháng EC72

Bảng 3.6. Các giá trị trung bình của hệ số liên kết điện cơ kp, k31, kt, hệ số áp

điện d31 và hệ số phẩm chất cơ học Qm của gốm PZT-PZN-PMnN

....................................................................................................... 76

Bảng 3.7. So sánh các tính chất của gốm đã chế tạo với gốm của các công trình khác 79

Bảng 4.1. Các kết quả tính kích thước hạt và mật độ gốm của nhóm mẫu MF từ việc phân tích SEM 83

Bảng 4.2. Các giá trị trung bình của hằng số điện môi  và tổn hao điện môi tan của các mẫu MF ở nhiệt độ phòng tại tần số 1kHz. 84

Bảng 4.3. Các giá trị của hằng số điện môi cực đại max, nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại Tm và độ nhòe  của các mẫu MF tại tần số 1kHz 88

Bảng 4.4. Các giá trị trung bình của hệ số liên kết điện cơ kp, kt, k31, hệ số áp điện d31 và hệ số phẩm chất cơ học Qm của gốm PZT-PZN-PMnN pha tạp Fe2O392

Bảng 4.5. Các thông số đặc trưng cho tính chất sắt điện của gốm PZT-PZN- PMnN pha tạp Fe2O3: độ phân cự dư Pr, điện trường kháng EC... 95

Bảng 4.6. So sánh các tính chất của gốm đã chế tạo với gốm của các công trình khác có cùng loại tạp Fe2O395

Bảng 4.7. Mật độ gốm, hằng số điện môi, tổn hao tan, hệ số kp của mẫu M0- 1150 97

Bảng 4.8. Các kết quả tính toán kích thước hạt, thông số mạng và mật độ gốm của nhóm mẫu MC từ việc phân tích SEM và nhiễu xạ tia X 104

Bảng 4.9. Các giá trị trung bình của hằng số điện môi  và tổn hao điện môi tan của các mẫu MC đo ở nhiệt độ phòng tại tần số 1kHz 105

Bảng 4.10. Các giá trị của hằng số điện môi cực đại max, nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại Tm và độ nhòe  của các mẫu MC tại tần số 1kHz 106

Bảng 4.11. Các giá trị trung bình của hệ số liên kết điện cơ kp, kt, k31, hệ số áp điện d31 và hệ số phẩm chất cơ học Qm của gốm PZT-PZN-PMnN pha tạp CuO 108

Bảng 4.12. Các thông số đặc trưng cho tính chất sắt điện của gốm PZT-PZN- PMnN pha tạp CuO: độ phân cự dư Pr, điện trường kháng EC... 110

Bảng 4.13. So sánh các tính chất của gốm đã chế tạo với gốm của các công trình khác có cùng loại tạp CuO 111

Bảng 4.14. Các đặc trưng cộng hưởng của biến tử xuyến 113

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Ô cơ sở perovskite lập phương (a) và mạng ba chiều của BO6 (b).. 7

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của BaTiO3 (a) cấu trúc lập phương (b) cấu trúc tứ giác 9

Hình 1.3. Giản đồ năng lượng tự do theo phân cực tự phát tại các nhiệt độ khác nhau

....................................................................................................... 11

Hình 1.4. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi  vào nhiệt độ của gốm sắt điện

....................................................................................................... 12

Hình 1.5. Giản đồ của một đường trễ sắt điện điển hình 13

Hình 1.6. Sơ đồ chứng minh sự ảnh hưởng của điện trường ngoài đến a) sự chuyển pha loại một; b) sự chuyển pha loại hai và sự dịch chuyển điểm chuyển pha khi nhiệt độ tăng hoặc giảm c) TC dịch chuyển đến điểm nhiệt độ cao hơn đối với chuyển pha loại một và d) TC không dịch chuyển đối với chuyển pha loại hai 15

Hình 1.7. Giản đồ biểu diễn một số kiểu đômen: a) các đômen đối song với các vách 180o; b) các đômen với các vách 180o và 90o; và c) hỗn hợp các đômen theo hướng trục c và a (trục a vuông góc với trục c). 17

Hình 1.8. Phổ hằng số điện môi tương đối theo nhiệt độ được đo ở các tần số khác nhau của hệ vật liệu đơn tinh thể Pb(Mg1/3Nb2/3)O3: (a) relaxor điển hình; (b) sự chuyển pha nhòe của tinh thể, từ sắt điện thường sang sắt điện relaxor tại Tc < Tm; (c) sự chuyển pha của tinh thể, từ sắt điện thường sang sắt điện relaxor tại Tc < Tm; (d) sự

chuyển pha của tinh thể, từ sắt điện thường sang sắt điện relaxor tại Tc = Tm; (CRD). 21

Hình 1.9. Cấu trúc tinh thể của hợp chất perovskite phức tạp trên nền chì, có công thức Pb(B’B’’)O322

Hình 1.10. Sự khác nhau giữa chất sắt điện thông thường và chất sắt điện huyển pha nhòe; (a) Hình dạng đường trễ sắt điện; (b) Sự phụ thuộc của phân cực tự phát vào nhiệt độ; (c) Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào nhiệt độ và tần số 23

Hình 2.1. Giản đồ phân tích nhiệt DTA và TGA của hợp chất (Zn,Mn)Nb2(Zr,Ti)O637

Hình 2.2. Phổ nhiễu xạ tia X của hợp chất (Zn,Mn)Nb2(Zr,Ti)O637

Hình 2.3. Giản đồ phân tích nhiệt DTA và TGA của hợp chất: 38

Hình 2.4. Phổ nhiễu xạ tia X của MP80 nung sơ bộ ở 850 oC 39

Hình 2.5. Quy trình công nghệ chế tạo hệ gốm PZT-PZN-PMnN bằng phương pháp BO 40

Hình 2.6. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu thuộc nhóm mẫu MP: MP65 (0,65 mol PZT), MP70 (0,7 mol PZT), MP75 (0,75 mol PZT), MP80 (0,8 mol PZT), MP85 (0,85 mol PZT) và MP90 (0,9 mol PZT).. 41

Hình 2.7. Sự phụ thuộc của tỷ số c/a vào nồng độ PZT 43

Hình 2.8. Ảnh hiển vi điện tử quét của các mẫu thuộc nhóm mẫu MP: MP65 (0,65 mol PZT), MP70 (0,7 mol PZT), MP75 (0,75 mol PZT), MP80 (0,8 mol PZT), MP85 (0,85 mol PZT) và MP90 (0,9 mol PZT) 44

Hình 2.9. Sự phụ thuộc của mật độ gốm (a) và kích thước hạt (b) trung bình vào nồng độ PZT 44

Hình 2.10. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu thuộc nhóm mẫu MZ: MZ46 (Zr/Ti = 46/54), MZ47 (Zr/Ti = 47/53), MZ48 (Zr/Ti = 48/52), MZ49 (Zr/Ti = 49/51), MZ50 (Zr/Ti = 50/50), MZ51 (Zr/Ti = 51/49) 45

Hình 2.11. Sự phụ thuộc của tỷ số c/a vào nồng độ Zr/Ti 47

Hình 2.12. Ảnh hiển vi điện tử quét của các mẫu thuộc nhóm mẫu MZ: MZ46 (Zr/Ti = 46/54), MZ47 (Zr/Ti = 47/53), MZ48 (Zr/Ti = 48/52), MZ49 (Zr/Ti = 49/51), MZ50 (Zr/Ti = 50/50), MZ51 (Zr/Ti = 51/49) 47

Hình 2.13. Sự phụ thuộc của mật độ (a) và kích thước hạt gốm vào tỷ số Zr/Ti 48

Hình 2.14. Phổ EDS của gốm PZT–PZN–PMnN 48

Hình 2.15. Sơ đồ tương đương mẫu dao động áp điện tại gần cộng hưởng .. 51 Hình 2.16. Sơ đồ mạch Sawyer-Tower 55

Hình 2.17. Đường trễ sắt điện P-E 55

Hình 3.1. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi và tổn hao điện môi theo nhiệt

độ đo tại tần số 1kHz của các nhóm mẫu MP (a) và MZ (b) 60

Hình 3.2. Sự phụ thuộc của ln(1/ -1/max) theo ln(T-Tm) tại T  Tm của các mẫu MP (a) và MZ (b) 62

Hình 3.3. Hằng số điện môi theo nhiệt độ tại các tần số khác nhau của nhóm mẫu MP: MP65 (0,65 mol PZT), MP70 (0,7 mol PZT), MP75

(0,75 mol PZT), MP80 (0,8 mol PZT), MP85 (0,85 mol PZT) và MP90 (0,9 mol PZT) 64

Hình 3.4. Hằng số điện môi theo nhiệt độ tại các tần số khác nhau của nhóm mẫu MZ: MZ46 (Zr/Ti = 46/54), MZ47 (Zr/Ti = 47/53), MZ48 (Zr/Ti = 48/52), MZ49 (Zr/Ti = 49/51), MZ50 (Zr/Ti = 50/50), MZ51 (Zr/Ti = 51/49) 65

Hình 3.5. Đường thực nghiệm và đường làm khớp với hệ thức Vogel – Fulcher của các mẫu MP: MP65 (0,65 mol PZT), MP70 (0,7 mol PZT), MP75 (0,75 mol PZT), MP80 (0,8 mol PZT), MP85 (0,85 mol PZT) và MP90 (0,9 mol PZT) 67

Hình 3.6. Đường thực nghiệm và đường làm khớp với hệ thức Vogel – Fulcher của các mẫu MZ: MZ46 (Zr/Ti = 46/54), MZ47 (Zr/Ti = 47/53), MZ48 (Zr/Ti = 48/52), MZ49 (Zr/Ti = 49/51), MZ50 (Zr/Ti = 50/50), MZ51 (Zr/Ti = 51/49) 67

Hình 3.7. Dạng đường trễ của các mẫu nhóm MP 68

Hình 3.8. Dạng đường trễ của các mẫu nhóm MZ 69

Hình 3.9. Sự phụ thuộc của điện trường kháng và phân cực dư vào nồng độ

PZT (a) và tỷ số Zr/Ti (b) 70

Hình 3.10. Dạng đường trễ của mẫu MZ48 theo nhiệt độ 71

Hình 3.11. Sự phụ thuộc nhiệt độ của độ phân cự dư Pr và điện trường kháng EC của mẫu MZ48 (Zr/Ti =48/52) 72

Hình 3.12. Phổ dao động radian của các mẫu gốm MP 74

Hình 3.13. Phổ dao động radian của các mẫu gốm MZ 74

Hình 3.14. Phổ dao động theo bề dày của các mẫu gốm MP 75

Hình 3.15. Phổ dao động theo bề dày của các mẫu gốm MZ 75

Hình 3.16. Sự phụ thuộc của các thông số áp điện của gốm PZT-PZN-PMnN vào nồng độ PZT (a) và Zr/Ti (b) 77

Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm PZT–PZN–PMnN pha tạp Fe2O382

Hình 4.2. Hằng số mạng (a) và nồng độ pha tứ giác (b) của gốm PZT–PZN– PMnN pha tạp Fe2O382

Hình 4.3. Ảnh hiển vi điện tử quét của các mẫu thuộc nhóm mẫu MF 83

Hình 4.4. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi và tổn hao điện môi của gốm PZT-PZN-PMnN pha tạp Fe2O384

Hình 4.5. Nhiệt độ Tm của gốm PZT-PZN- PMnN với các nồng độ Fe2O3khác nhau 85

Hình 4.6. Phổ tán xạ Raman của PZT–PZN–PMnN pha tạp Fe2O386

Hình 4.7. Phổ tán xạ Raman của PbTiO3 (a) [1]; Pb(Zr,Ti]O3 (b) [67] 87

Hình 4.8. Các mode Raman (a) và sự dịch chuyển mode (b) trong gốm PZT– PZN-PMnN pha tạp Fe2O388

Hình 4.9. Sự phụ thuộc của Ln(1/ −1/max) theo ln(T−Tm) (a) và Độ bán rộng HWHM (b) của gốm PZT – PZN – PMnN pha tạp Fe2O389

Hình 4.10. Phổ EDS của gốm PZT–PZN–PMnN pha tạp Fe2O391

Hình 4.11. Phổ cộng hưởng dao động theo phương radian (a) và theo phương bề dày (b) của MF4 92

Hình 4.12. Sự phụ thuộc của các thông số áp điện của gốm PZT-PZN-PMnN theo nồng độ Fe2O393