Nghiên Cứu Vật Liệu Tổ Hợp Từ-Điện Với Cấu Trúc Nano Dùng Cho Cảm Biến Từ Trường Micro-Tesla

Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu chế tạo và nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ điện với lớp từ giảo có cấu trúc nano và vô định hình dùng, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Thị Hương Giang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Tổ Hợp Từ-Điện Nano Dùng Cho Cảm Biến Từ Trường Micro-Tesla
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Tổ Hợp Từ Điện Nano

Nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ-điện ở kích thước nano đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Sự kết hợp giữa tính chất từ và tính chất điện trong một vật liệu duy nhất mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng, đặc biệt là trong chế tạo cảm biến từ trường siêu nhạy. Luận án tiến sĩ của Phạm Anh Đức (2017) tập trung vào chế tạo và nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ-điện với lớp từ giảo có cấu trúc nano và vô định hình, hướng tới ứng dụng trong cảm biến từ trường micro-Tesla. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các thế hệ cảm biến mới với độ nhạy cao, giới hạn phát hiện thấp và kích thước nhỏ gọn.

1.1. Vật Liệu Multiferroic Nền Tảng Vật Liệu Từ Điện

Vật liệu multiferroic thể hiện đồng thời hai hoặc nhiều hơn các trật tự sắt điện, sắt từ, hoặc sắt đàn hồi. Tuy nhiên, các vật liệu multiferroic đơn pha tự nhiên rất hiếm và thường có nhiệt độ Curie (Tc) thấp. Vì vậy, vật liệu composite từ-điện (tổ hợp đa pha) đang được nghiên cứu rộng rãi để khắc phục những hạn chế này. Nghiên cứu của Phạm Anh Đức tập trung vào loại vật liệu tổ hợp này, kết hợp ưu điểm của từng pha thành phần.

1.2. Cảm Biến Từ Trường Micro Tesla Ứng Dụng Tiềm Năng

Cảm biến từ trường micro-Tesla có khả năng phát hiện những thay đổi nhỏ của từ trường, mở ra nhiều ứng dụng trong y sinh (chẩn đoán bệnh), công nghiệp (kiểm tra không phá hủy), và an ninh (phát hiện vật liệu từ). Việc phát triển các cảm biến từ trường dựa trên vật liệu tổ hợp từ-điện nano hứa hẹn mang lại hiệu năng vượt trội so với các công nghệ hiện có, như cảm biến Hall hay cảm biến SQUID, về kích thước, độ nhạy và chi phí.

II. Thách Thức Trong Chế Tạo Vật Liệu Tổ Hợp Từ Điện Nano

Mặc dù tiềm năng ứng dụng lớn, việc chế tạo vật liệu tổ hợp từ-điện nano đặt ra nhiều thách thức. Một trong những khó khăn lớn nhất là kiểm soát cấu trúc nano và giao diện giữa các pha, vì điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất từ-điện của vật liệu. Hơn nữa, việc tối ưu hóa hiệu ứng từ-điện (ME) đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cơ chế tương tác giữa các pha và khả năng điều chỉnh các thông số vật liệu. Theo luận án, cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như thành phần, kích thước hạt, và phương pháp chế tạo để đạt được vật liệu có tính chất từ-điện mong muốn.

2.1. Kiểm Soát Cấu Trúc Nano Yếu Tố Quyết Định Tính Chất

Kích thước hạt, hình dạng và sự phân bố của các pha nano ảnh hưởng lớn đến tính chất từ-điện. Ví dụ, khi kích thước hạt giảm xuống mức nano, các hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng hơn, có thể thay đổi đáng kể tính chất từ và tính chất điện của vật liệu. Nghiên cứu cần tập trung vào các kỹ thuật chế tạo có khả năng kiểm soát chặt chẽ cấu trúc nano, như phương pháp phún xạ, lắng đọng lớp nguyên tử (ALD), và tự lắp ráp.

2.2. Tối Ưu Hóa Giao Diện Tăng Cường Hiệu Ứng Từ Điện

Giao diện giữa các pha từ và điện đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải ứng suất và từ trường, từ đó tạo ra hiệu ứng từ-điện. Chất lượng giao diện (độ nhám, sự tương thích mạng tinh thể) ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của vật liệu tổ hợp. Cần nghiên cứu các phương pháp cải thiện giao diện, như sử dụng lớp đệm, xử lý bề mặt, và lựa chọn các vật liệu có độ tương thích tốt.

2.3. Khó khăn trong việc đặc trưng vật liệu nano

Việc đặc trưng vật liệu tổ hợp từ điện nano đòi hỏi các kỹ thuật hiện đại như TEM, AFM và các phép đo từ điện chuyên dụng. Các phép đo này cần có độ chính xác cao và khả năng phân tích ở quy mô nano. Việc giải thích kết quả đo cũng đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về vật lý và hóa học vật liệu.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng Mỏng Tổ Hợp Từ Điện Nano Hiệu Quả

Luận án của Phạm Anh Đức đã sử dụng phương pháp phún xạ để chế tạo màng mỏng tổ hợp từ-điện Terfecohan/PZT. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt độ dày và thành phần của các lớp màng. Bên cạnh đó, việc sử dụng vật liệu từ giảo Terfecohan với cấu trúc nano và vô định hình giúp tăng cường hiệu ứng từ-điện của vật liệu. Quá trình ủ nhiệt cũng được sử dụng để cải thiện tính chất từ và từ giảo của màng Terfecohan. Theo luận án, cần tối ưu hóa các thông số phún xạ và ủ nhiệt để đạt được vật liệu có tính chất từ-điện tốt nhất.

3.1. Phương Pháp Phún Xạ Kiểm Soát Độ Dày và Thành Phần

Phún xạ là một kỹ thuật lắng đọng màng mỏng phổ biến, cho phép kiểm soát chính xác độ dày và thành phần của màng bằng cách điều chỉnh các thông số như công suất phún xạ, áp suất khí, và thời gian phún xạ. Phương pháp này phù hợp để chế tạo vật liệu tổ hợp nhiều lớp với cấu trúc nano.

3.2. Lựa Chọn Vật Liệu Từ Giảo Terfecohan với Cấu Trúc Nano

Vật liệu từ giảo (magnetostrictive material) thay đổi kích thước khi có từ trường. Terfecohan (TbFeCo) là một vật liệu từ giảo có hệ số từ giảo lớn, phù hợp cho việc chế tạo vật liệu tổ hợp từ-điện. Việc sử dụng Terfecohan với cấu trúc nano giúp tăng cường hiệu ứng từ-điện.

3.3. Ủ Nhiệt Cải Thiện Tính Chất Từ và Từ Giảo

Quá trình ủ nhiệt có thể cải thiện tính chất từ và từ giảo của vật liệu từ bằng cách giảm ứng suất dư, tăng kích thước hạt, và cải thiện cấu trúc tinh thể. Tuy nhiên, cần kiểm soát nhiệt độ và thời gian ủ để tránh làm thay đổi pha hoặc phân hủy vật liệu.

IV. Nghiên Cứu Vật Liệu Tổ Hợp Metglas PZT Dạng Tấm Hiệu Quả

Bên cạnh màng mỏng, luận án cũng nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ-điện Metglas/PZT dạng tấm. Metglas là một hợp kim vô định hình có tính chất từ mềm tuyệt vời, trong khi PZT là một vật liệu áp điện có hệ số áp điện cao. Việc kết hợp hai vật liệu này tạo ra vật liệu tổ hợp có hiệu ứng từ-điện đáng kể. Theo luận án, cần tối ưu hóa kích thước và hình dạng của vật liệu để đạt được hiệu suất tốt nhất.

4.1. Metglas Vật Liệu Từ Mềm Ưu Việt

Metglas là một hợp kim vô định hình, không có cấu trúc tinh thể, giúp giảm thiểu các khuyết tật và cải thiện tính chất từ mềm (dễ từ hóa và khử từ). Metglas có hệ số từ thẩm cao và tổn hao năng lượng thấp, phù hợp cho các ứng dụng cảm biến từ trường.

4.2. PZT Vật Liệu Áp Điện Với Hệ Số Áp Điện Cao

PZT (Lead Zirconate Titanate) là một vật liệu áp điện có hệ số áp điện cao, có nghĩa là nó tạo ra điện tích lớn khi bị biến dạng cơ học. PZT được sử dụng rộng rãi trong các cảm biến và bộ truyền động.

4.3. Ứng Suất Giao Diện Cơ Chế Truyền Dẫn Hiệu Ứng Từ Điện

Khi có từ trường, Metglas bị biến dạng do hiệu ứng từ giảo. Sự biến dạng này truyền sang PZT, tạo ra điện tích do hiệu ứng áp điện. Mức độ truyền ứng suất phụ thuộc vào chất lượng giao diện giữa Metglas và PZT.

V. Ứng Dụng Cảm Biến Từ Trường Nano Triển Vọng Tương Lai

Vật liệu tổ hợp từ-điện nano có tiềm năng lớn trong việc chế tạo các cảm biến từ trường siêu nhạy. Các cảm biến này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm y sinh (chẩn đoán bệnh), công nghiệp (kiểm tra không phá hủy), và an ninh (phát hiện vật liệu từ). Nghiên cứu của Phạm Anh Đức đã chế tạo thành công các nguyên mẫu cảm biến từ trường dựa trên vật liệu tổ hợp Terfecohan/PZT và Metglas/PZT, cho thấy triển vọng ứng dụng thực tiễn của công nghệ này.

5.1. Cảm Biến Y Sinh Chẩn Đoán Bệnh Hiệu Quả

Trong y sinh, cảm biến từ trường có thể được sử dụng để phát hiện các dấu hiệu bệnh lý sớm, chẳng hạn như phát hiện các hạt nano từ tính đánh dấu tế bào ung thư. Cảm biến có độ nhạy cao có thể phát hiện những thay đổi nhỏ của từ trường, giúp chẩn đoán bệnh chính xác hơn.

5.2. Kiểm Tra Không Phá Hủy Đảm Bảo Chất Lượng Sản Phẩm

Trong công nghiệp, cảm biến từ trường có thể được sử dụng để kiểm tra không phá hủy các cấu trúc kim loại, phát hiện các vết nứt và khuyết tật bên trong. Điều này giúp đảm bảo chất lượng và độ an toàn của sản phẩm.

5.3. An Ninh Phát Hiện Vật Liệu Từ Tính

Trong lĩnh vực an ninh, cảm biến từ trường có thể được sử dụng để phát hiện các vật liệu từ tính, chẳng hạn như vũ khí và chất nổ. Cảm biến nhỏ gọn và có độ nhạy cao giúp tăng cường khả năng phát hiện.

VI. Hướng Phát Triển Vật Liệu Tổ Hợp Từ Điện Nano Tương Lai

Nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ-điện nano vẫn còn nhiều tiềm năng phát triển. Các hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu mới có tính chất từ-điện vượt trội, phát triển các kỹ thuật chế tạo tiên tiến hơn, và tích hợp cảm biến từ trường vào các hệ thống nhỏ gọn và thông minh. Theo luận án, việc kết hợp lý thuyết và thực nghiệm sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này.

6.1. Vật Liệu Mới Perovskite và Vật Liệu Dị Cấu Trúc

Vật liệu perovskite và vật liệu dị cấu trúc đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực vật liệu từ-điện. Các vật liệu này có cấu trúc đặc biệt có thể tạo ra hiệu ứng từ-điện mạnh mẽ.

6.2. Kỹ Thuật Chế Tạo Tiên Tiến ALD và Tự Lắp Ráp

Các kỹ thuật chế tạo tiên tiến như lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) và tự lắp ráp (self-assembly) cho phép kiểm soát cấu trúc và thành phần của vật liệu nano ở mức độ nguyên tử, mở ra khả năng tạo ra các vật liệu có tính chất hoàn toàn mới.

6.3. Tích Hợp Hệ Thống Cảm Biến Thông Minh

Tích hợp cảm biến từ trường vào các hệ thống nhỏ gọn và thông minh (ví dụ: hệ thống MEMS) sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như điện tử tiêu dùng, ô tô, và hàng không vũ trụ. Việc phát triển các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến cũng giúp tăng cường độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Vật liệu sắt từ, sắt điện và multiferroic Khái niệm vật liệu multiferroic lần đầu tiên được sử dụng bởi H. Vật liệu multiferroic là vật liệu có hai hoặc nhiều hơn các tính chất sắt cơ bản trong cùng một pha vật liệu. Các tính chất sắt cơ bản bao gồm: * Tính chất sắt điện: là tính chất của vật liệu sắt điện có độ phân cực tự phát ngay cả khi không có điện trường ngoài.

Độ phân cực điện này ổn định theo thời gian và có thể có hiện tượng trễ dưới tác động của điện trường ngoài. * Tính chất sắt từ: là tính chất của vật liệu sắt từ có từ độ tự phát ngay cả khi không có từ trường ngoài. Từ độ này ổn định theo thời gian và có thể có hiện tượng trễ dưới tác động của từ trường ngoài. * Tính chất sắt đàn hồi: là tính chất của vật liệu sắt đàn hồi có độ biến dạng tự phát ngay cả khi không có ứng suất ngoài.

Độ biến dạng này ổn định theo thời gian và có thể có hiện tượng trễ dưới tác động của ứng suất ngoại. Theo định nghĩa trên thì có rất nhiều loại vật liệu multiferroic khác nhau. Vật liệu multiferroic mà có tồn tại đồng thời cả hai tính chất sắt điện và sắt từ có rất nhiều tính chất lý thú đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và triển khai ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Vật liệu sắt điện và hiệu ứng áp điện 1.

Vật liệu sắt điện Hiện tượng sắt điện lần đầu tiên được phát hiện bởi J. Valasek vào năm 1921 trên muối Rochelle (muối xenhet) [54]. Sắt điện được định nghĩa là vật liệu có cấu trúc tinh thể với độ phân cực điện tự phát. Hướng của véc tơ phân cực 4 (LUAN.tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] điện tự phát này có thể thay đổi theo điện trường ngoài.

Độ phân cực điện được định nghĩa là tổng các mômen phân cực điện trong một đơn vị thể tích. Cần phân biệt rõ ràng về sự khác nhau giữa các khái niệm: phân cực nguyên tử, phân cực ion và phân cực phân tử. Phân cực nguyên tử xuất hiện do sự thay đổi khoảng cách giữa tâm điện tích âm và tâm điện tích dương trong nguyên tử trung hòa khi có tác dụng của điện trường ngoài (hình 1. Véc tơ phân cực nguyên tử được ký hiệu là Pe.

Đối với các vật liệu có tồn tại các ion, véc tơ phân cực điện hình thành từ các ion dương và ion âm lân cận nhau (hình 1. Véc tơ phân cực điện trong trường hợp này có phương nằm trên đường thẳng nối hai ion và có chiều từ ion âm sang ion dương. Véc tơ phân cực ion được ký hiệu là Pi. Dạng thứ ba của hiện tượng phân cực là phân cực phân tử và được ký hiệu là Po.

Phân cực phân tử xuất hiện trong các phân tử có các mômen phân cực tự phát (hình 1. Trong các phân tử này luôn luôn tồn tại một sự tách biệt giữa các phần điện tích âm (δ-) và điện tích dương (δ+). Các véc tơ phân cực này có thể sắp xếp theo hướng của điện trường ngoài.1: Các dạng phân cực khác nhau: phân cực nguyên tử (a), phân cực ion (b) và phân cực phân tử (c) Đối với một số vật liệu, dạng thứ tư của hiện tượng phân cực điện cũng được biết đến và được gọi là phân cực điện tích không gian. Dạng phân cực điện này có nguồn gốc từ các hạt tải điện tự do có trong vật liệu.

Khi chuyển động của các hạt tải điện này bị cản trở bởi sự tán xạ với các sai hỏng mạng và bề mặt vật 5 (LUAN.tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] liệu làm xuất hiện điện tích không gian và hình thành ra các véc tơ phân cực điện tích không gian [31]. Vật liệu sắt điện có rất nhiều ứng dụng khác nhau như: bộ nhớ đệm (RAM), cảm biến hỏa điện, cảm biến siêu âm và thiết bị truyền động. - Phân loại theo số các phương có thể có của độ phân cực tự phát: đơn trục (KH2PO4, muối xenhet) và đa trục (BaTiO3 và Cd2Nb2O7). - Phân loại theo sự có hoặc không có tâm đối xứng.

- Phân loại theo sự biến đổi ở nhiệt độ chuyển pha Curie. Để giải thích cho độ phân cực tự phát của vật liệu sắt điện, khái niệm về đômen được đưa ra. Đômen được hiểu là một vùng không gian mà tại đó các véc tơ phân cực điện đồng nhất cả về phương và chiều. Các vách đômen là ranh giới giữa các đômen khác nhau.2: Vật liệu đa đômen (a), sự dịch chuyển vách đômen (b), vật liệu đơn đômen (c) và sự quay đômen (d) Thông thường các vật liệu sắt điện có tồn tại nhiều đômen và các đômen này không sắp xếp song song với nhau trong toàn bộ vật liệu (hình 1.

Khi có điện trường ngoài, các đômen có véc tơ phân cực điện cùng hướng với điện 6 (LUAN.tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] trường ngoài sẽ mở rộng ra và các đômen ngược hướng điện trường sẽ thu hẹp lại. Trạng thái đơn đômen thường chỉ xuất hiện bằng các biện pháp kỹ thuật chẳng hạn như phương pháp ép cơ khí. Bên cạnh đó thì các yếu tố như điện trường phân cực, nhiệt độ và thời gian gia công cũng ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình. Vật liệu sắt điện có một đặc trưng quan trọng đó là nhiệt độ chuyển pha Curie TC.

Các tính chất sắt điện chỉ tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Curie. Ví dụ với vật liệu BaTiO3 có nhiệt độ Curie TC = 393 K. Khi nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ Curie thì cấu trúc tinh thể là dạng lập phương với ion Ba+2 ở các góc, ion O-2 ở tâm các mặt và ion Ti+4 ở vị trí tâm hình lập phương (hình 1.3a), khi đó không tồn tại véc tơ phân cực điện. Khi nhiệt độ vật liệu thấp hơn nhiệt độ Curie, cấu trúc tinh thể thay đổi, các ion O-2 và Ti+4 có sự chuyển động tương đối với nhau và sinh ra một mômen lưỡng cực điện dọc theo cạnh của tinh thể (hình 1.3: Cấu trúc tinh thể BaTiO3 khi nhiệt độ cao (T > TC) (a) và khi nhiệt độ thấp (T < TC) (b) Đường cong điện trễ của vật liệu sắt điện thường có dạng như hình 1.

Đường cong điện trễ mô tả sự phụ thuộc của độ phân cực của vật liệu theo điện trường ngoài. Khi có một điện trường tác dụng vào mẫu thì mẫu sẽ bị phân cực điện theo phương của điện trường ngoài. Tuy nhiên khi giảm điện trường ngoài về giá trị không thì mẫu vẫn còn tồn tại một độ phân cực. Độ phân cực này được gọi là độ phân cực dư và ký hiệu là Pr.

Giá trị của độ phân cực dư phụ thuộc vào các trạng thái đômen tồn tại trong tinh thể. Độ phân cực của mẫu sẽ bị triệt tiêu 7 (LUAN.tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nếu tiếp tục tác dụng một điện trường ngược chiều với điện trường ban đầu đến giá trị EC. Giá trị EC được gọi là lực kháng điện. Khi tất cả các đômen trong tinh thể có cùng hướng với điện trường ngoài thì ta gọi vật liệu ở trạng thái phân cực bão hòa.

Giá trị độ phân cực bão hòa được ký hiệu là PS. Cường độ điện trường của điện trường ngoài cần thiết để vật liệu đạt trạng thái phân cực bão hòa được gọi là điện trường bão hòa ES. Đối với vật liệu đa tinh thể thì vật liệu chỉ có thể phân cực một phần và do đó độ phân cực bào hòa của chúng là nhỏ hơn so với của các vật liệu đơn tinh thể [20].4: Đường cong điện trễ của vật liệu sắt điện 1. Hiệu ứng áp điện Hiệu ứng áp điện được phát hiện vào năm 1880 bởi hai nhà vật lý người Pháp là Jacques Curie và Pierre Curie [59].

Hiệu ứng này được hiểu là có sự thay đổi độ phân cực điện của vật liệu áp điện khi vật liệu bị biến dạng cơ học hoặc vật liệu sẽ bị biến dạng cơ học nếu chịu tác dụng của điện trường ngoài (làm thay đổi độ phân cực điện) (hình 1. Mối liên hệ giữa ứng suất tác dụng của ngoại lực với vec tơ phân cực điện thứ cấp được thể hiện thông qua công thức [68]: 6 (1.tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Trong đó: Pj là độ lớn véc tơ phân cực điện (C/m2), σk là ứng suất tác dụng (N/m2) và djk là hệ số áp điện theo phương tác dụng lực (C/N). Ngược lại, nếu đặt vào vật liệu áp điện một điện trường có cường độ điện trường là E thì vật liệu áp điện sẽ bị biến dạng theo công thức: 6 (1. 𝐸𝑗 𝑗=1 Trong đó: εk là độ biến dạng tỷ đối của vật liệu, Ej là cường độ điện trường tác dụng vào vật liệu (V/m) và d’kj là hệ số áp điện theo phương tác dụng lực (m/V).5: Mô tả hiệu ứng áp điện: phân cực tự phát (a), phân cực khi chịu ứng suất nén (b), phân cực khi chịu ứng suất kéo (c) Các vật liệu áp điện đã và đang được nghiên cứu rất đa dạng về chủng loại và số lượng như: vật liệu dạng đơn tinh thể (thạch anh, LiTaO3, LiNbO3, PZN – PT .), vật liệu dạng gốm (Pb(ZrTi)O3 – PZT, PbTiO3 – PT .), vật liệu polymer (PVDF và copolymer, nylon .), vật liệu màng mỏng (PZT, PT, ZnO và màng AlN), vật liệu hỗn hợp – composite (hỗn hợp PZT – polymer 0 – 3, 2 – 2, 1 – 3) (Hình 1.

Với lịch sử phát triển của mình, vật liệu áp điện đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong nghiên cứu khoa học và thực tiễn cuộc sống. Điển hình phải kể đến các ứng dụng về màng rung, vi cảm biến (gia tốc, sóng siêu âm .), máy phát điện, MEMS, vi bơm, máy in .tesla TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Với các ưu điểm của mình thì vật liệu áp điện Pb(TiZr)O3 (PZT) đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất. Các ưu điểm nổi trội của vật liệu áp điện PZT bao gồm: hệ số áp điện lớn, điện dung cao (vì vậy ít chịu ảnh hưởng của điện dung ký sinh), độ bền cơ học cao và dễ gia công. Trong thời gian gần đây, vật liệu áp điện PZT đã và đang được thương mại hóa với nhiều chủng loại khác nhau và giá thành ngày càng hợp lý.6: Hỗn hợp PZT – polymer được phân loại theo các kiểu liên kết khác nhau: (a) 0 – 3, (b) 2 – 2, (c) 1 - 3 Vật liệu áp điện về cơ bản là vật liệu dạng gốm và có cấu trúc dạng Perovskite.

Các vật liệu có cấu trúc dạng Perovskite là vật liệu có cả tính chất sắt điện và áp điện.