Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật chất: Chế tạo và nghiên cứu các tính chất vật lý của hệ vật liệu xBZT - (1-x)BCT pha tạp

Luận án nhằm xây dựng quy trình công nghệ và chế tạo được hệ vật liệu áp điện không chứa chì pha tạp; nghiên cứu các tính chất sắt điện, điện môi, áp điện của các vật liệu; nghiên cứu một số tính chất vật lý của vật liệu bằng phương pháp phần tử hữu hạn; thử nghiệm ứng dụng vật liệu trong chế tạo biến tử thủy âm; phương pháp nghiên cứu được sử dụng chủ yếu là phương pháp thực nghiệm kết hợp với các chương trình phân tích, mô phỏng để nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật chất: Chế tạo và nghiên cứu các tính chất vật lý của hệ vật liệu xBZT - (1-x)BCT pha tạp ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ------------------- ĐẶNG ANH TUẤN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HỆ VẬT LIỆU xBZT (1 x )BCT PHA TẠP Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62.44.01.04 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Huế, 2016 Công trình được hoàn thành tại Trường đại học Khoa học – Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học TS. Trương Văn Chương PGS. TS. Võ Thanh Tùng Phản biện 1:GS. TS. Bạch Thành Công, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG Hà Nội Phản biện 2: PGS. TSKH. Nguyễn Thế Khôi, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Phản biện 3: PGS. TS. Trương Minh Đức, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại:..………………………………………………………………. Vào lúc……. giờ..............ngày..............tháng.................năm……….. Có thể tìm hiểu luận án tại 1. Thư viện Quốc gia Hà Nội 2. Trung tâm học liệu - Đại học Huế 3. Thư viện Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế 1 MỞ ĐẦU PZT là các vật liệu có tính sắt điện, áp điện mạnh. Hệ số áp điện d33 của vật liệu đã tăng từ 200 pC/N ở vật liệu PZT không pha tạp lên 300 pC/N ở PZT4, 400 pC/N ở PZT-5A, và gần 600 pC/N ở PZT-5H. Mặc dầu vậy, vật liệu PZT chứa chì, một nguyên tố độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường sống. Đã có rất nhiều hệ vật liệu áp điện không chì đã được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, các gốm áp điện không chì đều có hệ số áp điện thấp so với các hệ gốm PZT ngay cả khi chúng có thành phần vật liệu nằm trong vùng biên pha hình thái học (MPB). BaTiO3 vật liệu áp điện không chì đã được nghiên cứu từ lâu. Các tính chất điện của BaTiO3 có thể được điều chỉnh khi thay thế các nguyên tố khác vào vị trí A hoặc/và B trong mạng ABO3 của nó. Năm 2009, Liu và Ren đã xây dựng được hệ vật liệu BaZr0.2Ti0.8O3-xBa0.7Ca0.3TiO3 (BZT-BCT) có hệ số áp điện d33 đạt giá trị 620 pC/N khi x = 50%, cao hơn cả giá trị thu được trên PZT- 5H. Các tác giả còn nhận định, hệ số áp điện d33 của thành phần BZT-50BCT ở dạng đơn tinh thể hoặc định hướng theo một số phương tinh thể xác định (texture) có thể đạt giá trị 1500 pC/N. Đây là kết quả đầu tiên công bố trên Tạp chí Physical Review Letters B, một thông tin đáng tin cậy, thu hút sự quan tâm của các nhà công nghệ vì khả năng ứng dụng của chúng (hệ số áp điện và hằng số điện môi lớn, nhiệt độ chuyển pha sắt điện - thuận điện nằm gần nhiệt độ phòng) và các nhà nghiên cứu cơ bản vì lần đầu tiên thu được áp điện lớn đối với vật liệu áp điện không chì. MPB của hệ vật liệu này tách riêng pha mặt thoi và pha tứ giác. Đặc điểm quan trọng nhất của hệ BZT-xBCT, khác với các hệ không chì còn lại, là sự tồn tại của điểm ba, giao điểm giữa pha mặt thoi, tứ giác và lập phương. Sự tồn tại của điểm ba này đặc trưng cho các hệ vật liệu PZT. 2 Sau phát hiện của Liu và cộng sự, các vật liệu tương tự cũng được chế tạo và cho các thông số khá tốt trong vùng lân cận MPB. Các kết quả này cho phép chúng ta hy vọng về khả năng chế tạo các vật liệu không chứa chì có tính áp điện mạnh trong mối tương quan với vật liệu chứa chì. Các nghiên cứu cơ bản tìm hiểu cơ chế hình thành tính phân cực điện môi lớn trong hệ vật liệu nhằm nâng cao các hệ số điện, cơ cũng như tối ưu hoá công nghệ chế tạo đang trở thành vấn đề thời sự. Từ những phân tích trên, chúng tôi chọn đề tài cho luận án là “Chế tạo và nghiên cứu các tính chất vật lý củahệ vật liệu xBZT - (1-x)BCT pha tạp” Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ vật liệu áp điện có dạng tổng quát xBZT-(1-x)BCT. Nội dung nghiên cứu bao gồm - Một là, xây dựng quy trình công nghệ và chế tạo được hệ vật liệu áp điện không chứa chì xBaZr0.2Ti0.8O3-(1-x)Ba0.7Ca0.3TiO3 pha tạp; - Hai là, nghiên cứu các tính chất sắt điện, điện môi, áp điện của các vật liệu; - Ba là, nghiên cứu một số tính chất vật lý của vật liệu bằng phương pháp phần tử hữu hạn. - Bốn là, thử nghiệm ứng dụng vật liệu trong chế tạo biến tử thủy âm. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng chủ yếu là phương pháp thực nghiệm kết hợp với các chương trình phân tích, mô phỏng để nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu, cụ thể là Luận án được thực hiện là một công trình khoa học đầu tiên tại Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống về các tính chất vật lý của các hệ vật liệu áp điện không chì. Đề tài hướng tới chế tạo một hệ vật liệu áp điện thân thiện với con người và môi trường có các thông số áp điện khá lớn, tổn hao điện môi thấp đáp ứng được yêu cầu trong một số ứng dụng cụ thể. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Chúng tôi đã trình bày tổng quan lý thuyết về các tính chất điện môi, sắt điện để định hướng cho các nghiên cứu và lý giải các kết quả. Cùng với đó, các đặc trưng của các vật liệu không chì nói chung, và vật liệu trên nền BaTiO3 nói riêng cũng được giới thiệu một cách khái quát. CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU ÁP ĐIỆN xBaZr0.2Ti0.8O3-(1-x)Ba0.7Ca0.3TiO3 2.1. Các phƣơng pháp nghiên cứu 2.1.1. Phân tích cấu trúc, vi cấu trúc và đánh giá chất lƣợng mẫu Cấu trúc tinh thể của vật liệu được phân tích thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X (D8-Advanced, BRUKER AXS). Các tham số mạng được tính toán bằng phần mềm PowderCell. Hình thái bề mặt của vật liệu được nghiên cứu bằng ảnh SEM (thiết bị Nova NanoSEM 450-FEI). Phần mềm ImageJ được sử dụng để đánh giá cơ hạt. 2.1.2. Nghiên cứu tính chất điện môi Ngoài các đại lượng đặc ...