Luận văn Thạc sĩ Vật liệu và linh kiện nano: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất của màng sắt điện không chứa chì BNKT pha tạp Fe có cấu trúc micro-nano

Luận văn với mục tiêu tối ưu và làm chủ quy trình chế tạo màng sắt điện Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3 bằng phương pháp sol-gel (tối ưu nhiệt độ ủ và thời gian ủ kết tinh) nhằm nâng cao các tính chất sắt điện, mật độ tích trữ năng lượng của màng BNKT đồng thời cải thiện tính chất của màng sắt điện không chì BNKT bằng cách pha tạp Fe dưới dạng BFO (BNKT-xBFO).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Vật liệu và linh kiện nano: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất của màng sắt điện không chứa chì BNKT pha tạp Fe có cấu trúc micro-nano ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐĂNG CƠNGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁTCÁC TÍNH CHẤT CỦA MÀNG SẮT ĐIỆNKHÔNG CHỨA CHÌ BNKT PHA TẠP FE CÓ CẤU TRÚC MICRO-NANOLUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO HÀ NỘI - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN ĐĂNG CƠ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA MÀNG SẮT ĐIỆN KHÔNG CHỨA CHÌ BNKT PHA TẠP FE CÓ CẤU TRÚC MICRO-NANOChuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nanoMã số: 8440126.01QTD LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANONgười hướng dẫn khoa học:1. TS. Bùi Đình Tú2. TS. Ngô Đức Quân HÀ NỘI - 2019 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho phép tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và lời cảm ơn sâu sắcnhất tới hai Thầy hướng dẫn: TS. Bùi Đình Tú (Khoa Vật lý kỹ thuật – Trường Đại họcCông Nghệ - ĐHQGHN) và TS. Ngô Đức Quân (Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại họcBách Khoa Hà Nội). Hai Thầy đã truyền cho tôi niềm đam mê học tập và nghiên cứu cũngnhư tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này. Hai Thầykhông chỉ trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích về chuyên môn khoa học mà còn cả cáchtư duy, cách làm việc có hệ thống, hiệu quả và cả cách đối nhân sử thế. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS. Lê Việt Cường, người Thầy đã chỉ bảo tận tình vàhướng dẫn tôi cách nghiên cứu, chỉ dạy các kỹ năng thực hành, thực nghiệm từ những ngàyđầu tiên. Tôi cũng cảm ơn TS. Trần Mậu Danh, TS. Lương Xuân Điển, TS. Hồ Thị Anh...cùng nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ rất nhiệt tình trong suốt thời gian tôi làm luận văn. Ngoài ra, tôi cũng xin được trân trọng cảm ơn toàn thể các quý Thầy, Cô và các Anh,Chị công tác tại Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Trường Đại học Công nghệ, Đạihọc Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy, dìu dắt và cung cấp cho tôi những tư duy và nền tảngkhoa học từ những kiến thức cơ bản đến chuyên sâu giúp tôi hoàn thành luận văn này. Đặc biệt muốn gửi những tình cảm yêu thương đến gia đình, bạn bè, những ngườithân luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi vượt qua mọi khó khăn, cổ vũ và độngviên tôi hoàn thành luận văn này cũng như luôn ủng hộ tôi theo đuổi đam mê khoa học củamình. Luận văn được thực hiện với sự hỗ trợ của đề tài: ĐTĐL.CN-02/2017. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2019 Học viên Nguyễn Đăng Cơ i TÓM TẮT Trong những năm gần đây, vật liệu sắt điện không chì nhận được nhiều quan tâm củacác nhà nghiên cứu trong cũng như ngoài nước vì tính chất sắt điện, áp điện của vật liệunày có tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghệ cảm biến, các linh kiện chấp hành, bộ nhớFRAM, các linh kiện vi cơ điện tử MEMS hay các tụ tích trữ năng lượng v.v. Trước đó, vậtliệu truyền thống Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) đã độc chiếm thị trường vật liệu sắt điện trong nhiềungành công nghệ quan trọng do có tính chất sắt điện, áp điện và điện dung nổi trội. Tuynhiên, với hàm lượng chì độc hại chiếm tới 60% khối lượng trong vật liệu PZT đã gây ranhững ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường cũng như sức khỏe của con người. Vậy bài toánđặt ra cho các nhà khoa học là có thể nghiên cứu chế tạo vật liệu mới nào đó có thể thay thếvật việu sắt điện truyền thống mà vẫn có những tính chất sắt điện tốt giống như PZT haykhông. Vật liệu sắt điện không chì nền Bi đang là ứng cử viên sáng giá thay thế vật liệuPZT truyền thống này. Vật liệu Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT), với ion Bi3+ giống với Pb2+đều có khả năng phân cực mạnh, là một trong những vật liệu không chì có tính chất gầnvới PZT nhất, nhưng vẫn thấp hơn so với vật liệu PZT thị trường. Với mục tiêu có thể nghiên cứu, cải thiện và nâng cao hơn nữa các tính chất củahệ sắt điện không chì luận văn này đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo thành công hệmàng mỏng sắt điện không chì [Bi0,5(Na0,8K0,2)0,5TiO3] (BNKT) trên đế Pt/Ti/SiO2/Sibằng phương pháp quay phủ sol-gel. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, thời gian ủ kết tinhcũng như ảnh hưởng của sự pha tạp Fe dưới dạng BiFeO3 (BNKT-xBFO) đến các tínhchất vật lý của màng BNKT đã được khảo sát. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, nhiệtđộ ủ kết tinh tối ưu là 700oC. Tại đó màng BNKT cho độ phân cực dư (2Pr), độ phân cựccực đại (2Pm) cao nhất lần lượt là 18.4 µC/cm2 và 61.2 µC/cm2. Mật độ năng lượng tích trữ(Jreco) là 2.3 J/cm3 cùng với hiệu suất năng lượng (η) cực đại là 58.2%. Màng BNKT vớithời gian ủ kết tinh 60 phút là tối ưu nhất với các giá trị Pr = 7.9 µC/cm2, Pm = 28.9µC/cm2. Jreco và (η) của màng đạt các giá trị lần lượt là 2.9 J/cm3 và 59.3%. Khi pha tạp Fe,màng BNKT-xBFO với tỉ lệ pha tạp x = 0.10 là tốt nhất, tính chất màng được cải thiện rõrệt.Từ khóa: Màng sắt điện không chì, BNKT-xBFO, nhiệt độ ủ kết tinh, thời gian ủ kết tinh,phương pháp quay phủ sol-gel. ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫncủa TS. Bùi Đình Tú và TS. Ngô Đức Quân cũng như sự hỗ trợ của nhóm nghiên cứu. Cáckết quả đưa ra trong luận văn này là do tôi thực hiện. Các thông tin, tài liệu tham khảo từcác nguồn sách, tạp chí, bài báo sử dụng trong luận văn đều được liệt kê trong danh mụccác tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Nhà trường về lời camđoan này. ...