I. Vật liệu sắt điện không chì nền BaTiO3
Luận án tập trung vào vật liệu sắt điện không chì nền BaTiO3, một vật liệu có tính chất điện môi và áp điện nổi bật. BaTiO3 là vật liệu sắt điện được nghiên cứu rộng rãi do tính ổn định và khả năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử. Việc thay thế chì trong vật liệu sắt điện là cần thiết để giảm thiểu tác động môi trường và sức khỏe. Luận án đề xuất phương pháp chế tạo vật liệu không chì bằng cách thay thế một phần Ba bằng Ca, tạo ra hệ vật liệu BCT (Ba1-xCaxTiO3) và BZT-BCT. Các vật liệu này được kỳ vọng có tính chất áp điện cao, phù hợp cho các ứng dụng công nghệ tiên tiến.
1.1. Giới thiệu về BaTiO3
BaTiO3 là vật liệu sắt điện có cấu trúc perovskite, được nghiên cứu từ những năm 1940. Vật liệu này có tính chất điện môi và áp điện đặc biệt, phù hợp cho các ứng dụng trong tụ điện, cảm biến và thiết bị áp điện. BaTiO3 cũng có khả năng biến tính bằng cách thay thế các nguyên tố trong cấu trúc, giúp cải thiện tính chất vật liệu. Luận án nhấn mạnh việc nghiên cứu BaTiO3 không chì để đáp ứng yêu cầu về vật liệu thân thiện môi trường.
1.2. Vật liệu không chì và tính chất điện môi
Việc nghiên cứu vật liệu không chì là xu hướng quan trọng trong khoa học vật liệu hiện đại. BaTiO3 không chì được kỳ vọng có tính chất điện môi tương đương hoặc vượt trội so với vật liệu chứa chì. Luận án tập trung vào việc cải thiện tính chất điện môi của BaTiO3 bằng cách thay thế Ca, giúp tăng cường độ phân cực và giảm tổn hao điện môi.
II. Phương pháp chế tạo và nghiên cứu vật liệu
Luận án sử dụng phương pháp chế tạo vật liệu bằng phản ứng pha rắn để tổng hợp các mẫu BCT và BZT-BCT. Quá trình chế tạo bao gồm các bước nghiền, nung và thiêu kết để đảm bảo độ đồng nhất và chất lượng vật liệu. Các phương pháp nghiên cứu như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ Raman và kính hiển vi điện tử (SEM) được sử dụng để phân tích cấu trúc và hình thái học của vật liệu. Các phép đo điện môi, sắt điện và áp điện được thực hiện để đánh giá tính chất vật liệu.
2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu
Phương pháp chế tạo vật liệu bằng phản ứng pha rắn được lựa chọn do tính đơn giản và hiệu quả. Các nguyên liệu ban đầu được nghiền mịn, trộn đều và nung ở nhiệt độ cao để tạo thành pha rắn. Quá trình thiêu kết được thực hiện để tăng cường độ kết tinh và độ bền cơ học của vật liệu. Các thông số như nhiệt độ và thời gian nung được tối ưu hóa để đạt được chất lượng vật liệu tốt nhất.
2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu
Các phương pháp nghiên cứu như XRD và SEM được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của vật liệu. Phổ Raman được sử dụng để nghiên cứu các dao động mạng tinh thể. Các phép đo điện môi và áp điện được thực hiện để đánh giá tính chất điện của vật liệu. Các kết quả nghiên cứu giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất vật liệu.
III. Tính chất điện môi và áp điện của vật liệu
Luận án nghiên cứu sâu về tính chất điện môi và áp điện của các vật liệu BCT và BZT-BCT. Kết quả cho thấy việc thay thế Ca cho Ba giúp cải thiện đáng kể tính chất điện môi và áp điện của vật liệu. Các vật liệu này có hệ số áp điện cao, phù hợp cho các ứng dụng trong cảm biến và thiết bị áp điện. Luận án cũng phân tích mối liên hệ giữa thời gian hồi phục điện môi và tính chất áp điện, giúp làm sáng tỏ cơ chế vật lý đằng sau hiện tượng này.
3.1. Tính chất điện môi của BCT và BZT BCT
Các vật liệu BCT và BZT-BCT có hằng số điện môi cao và tổn hao điện môi thấp. Việc thay thế Ca giúp tăng cường độ phân cực và cải thiện tính chất điện môi của vật liệu. Các kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử và cảm biến.
3.2. Tính chất áp điện và ứng dụng
Các vật liệu BCT và BZT-BCT có hệ số áp điện cao, đạt tới 500-600 pC/N. Tính chất áp điện này phù hợp cho các ứng dụng trong cảm biến, thiết bị áp điện và pin. Luận án cũng đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa tính chất vật liệu và mở rộng ứng dụng trong thực tế.
