Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu và chế tạo màng mỏng áp điện PZT và các linh kiện cảm biến

Luận án nghiên cứu chế tạo màng mỏng áp điện PZT bằng phương pháp quay phủ sol-gel đã thu được các màng mỏng PZT với độ ổn định và với chất lượng cao; đóng góp những hiểu biết mới về việc tối ưu hóa quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng áp điện bằng phương pháp quay phủ sol-gel.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu và chế tạo màng mỏng áp điện PZT và các linh kiện cảm biến 1 I. L ẬN ÁN1. M u Các vật liệu áp điện với khả năng chuyển đổi cơ năng thành điện năng và ngượclại đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện cảm biến, các thiết bị truyềnđộng và các thiết bị vi cơ điện tử khác như đầu dò siêu âm và máy gia tốc. Trong sốcác vật liệu áp điện phổ biến hiện nay như AlN, ZnO và các vật liệu với cấu trúc tinhthể dạng perovskite Ba(Sr,Ti)O3 hay (K,Na)NbO3, thì vật liệu áp điện Pb(ZrxTi1-x)O3(0 < x < 1, PZT) được lựa chọn nhiều nhất do có các tính chất sắt điện và áp điện nổitrội hơn so với các vật liệu áp điện khác. Việc tích hợp các vật liệu áp điện PZT dướidạng màng lên trên bề mặt đế silic là một yếu tố quan trọng nhằm thúc đẩy khả năngứng dụng của các linh kiện vi cơ điện từ. Màng áp điện sẽ góp phần làm giảm kíchthước, tăng độ nhạy cũng như làm giảm giá thành sản phẩm. Như vậy, có thể nhận thấy việc nghiên cứu và chế tạo màng mỏng áp điện PZT vàcác linh kiện cảm biến cần được tập trung nghiên cứu đồng bộ, để có thể phát triểnthêm một hướng nghiên cứu vật liệu mới đầy tiềm năng, cũng như mở ra khả năngứng dụng của các linh kiện này trong đời sống, xã hội.2. N v của luận án Tính chất của màng mỏng Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ thànhphần Zr:Ti, do vậy việc thay đổi tỷ lệ Zr:Ti có thể điều khiển tính chất của màng chophù hợp với từng yêu cầu của từng loại linh kiện. Ngoài ra, việc chế tạo màng gồmcác lớp với thành phần Zr:Ti khác nhau xen kẽ vào nhau (dị lớp cấu trúc) sẽ gópphần cải thiện các tính chất sắt điện và áp điện của linh kiện. Quy trình nghiên cứu chế tạo màng mỏng áp điện PZT bằng phương pháp quayphủ sol-gel đã được tiến hành ở Việt Nam từ những năm đầu thế kỷ 21. Tuy nhiên,việc tối ưu hóa quy trình công nghệ chế tạo (chế tạo sol, quay phủ, xử lý nhiệt)nhằm thu được các màng mỏng PZT với độ ổn định và với chất lượng cao cần đượcquan tâm nghiên cứu. Đây chính là một trong những nhiệm vụ chính trong luận ánnày. Trên cơ sở màng mỏng áp điện PZT thu được, các linh kiện cảm biến khối 2lượng trên cơ sở thanh rung áp điện với kích thước micro mét (màng áp điện PZTđược gắn kết lên trên thanh rung silic), ứng dụng trong việc phát hiện các phân tửchất gây bệnh trong y-sinh học. Luận án được nghiên cứu bằng phương pháp thựcnghiệm, kết hợp với phân tích số liệu dựa trên các kết quả thực nghiệm đã công bốvà các mô hình tính toán lý thuyết. Các mẫu sử dụng trong luận án được chế tạobằng phương pháp quy phủ sol-gel tại Phòng thí nghiệm Vi cảm biến và hệ thống -Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu (ITIMS) - Trường Đại học Bách khoaHà Nội.3 n a a cv n n n của luận án3.1. n o Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã được công bố trong 12 bài báo tạicác hội nghị và tạp chí trong nước và quốc tế (trong đó có 2 bài đăng trên tạp chíquốc tế ISI). Các kết quả chính sẽ trình bày trong phần kết luận, đóng góp nhữnghiểu biết mới về việc tối ưu hóa quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng áp điệnbằng phương pháp quay phủ sol-gel. Thiết kế chế tạo và khảo sát các đặc trưng cảmbiến của linh kiện thanh rung áp điện định hướng ứng dụng trong l nh vực y sinh.3.2. N ữn n p mới ủ luận ánCác vấn đề mới đặt ra trong đề tài này là: (1) Chế tạo màng mỏng PZT chất lượng cao (có độ đồng nhất bề mặt cao) bằng phương pháp phương pháp quay phủ sol-gel (phương pháp hóa học) với số lượng lớn và độ lặp lại cao, cho phép thực hiện các nghiên cứu về tính chất và chế tạo linh kiện; (2) Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt, chiều dày, điện cực, cấu trúc dị lớp, pha tạp và thành phần của màng lên các tính chất sắt điện và áp điện, nhằm mục đích tối ưu hóa chất lượng của màng mỏng chế tạo; (3) Thiết kế, chế tạo và khảo sát các tính chất của các linh kiện cảm biến, tùy thuộcvào các yêu cầu ứng dụng khác nhau, trên cơ sở khảo sát các màng mỏng thu đượcở phần (2). 3 (4) Định hướng nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện cảm biến áp điện trong lĩnhvực y-sinh học. 4. ủ luận án Luận án được trình bày trong 5 chương, 121 trang bao gồm 111 hình vẽ và đồ thị,8 bảng số liệu. Cấu trúc của luận án được trình bày như sau:M u: Mục đích và lý do chọn vật liệu perovskite Pb(ZrxTi1-x)O3 dạng màngmỏng và cấu trúc linh kiện dạng thanh rung, màng chắn với kích thước micro mét làđối tượng nghiên cứu.C ươn 1: Cơ sở lý thuyết.C ươn 2: Công nghệ chế tạo và các phương pháp nghiên cứu.C ươn 3: Nghiên cứu tính chất của màng mỏng sol-gel PZT.C ươn 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp Fe3+ và Nb5+ đến tính chất màng PZT.C ươn 5: Nghiên cứu ứng dụng chế tạo linh kiện piezoMEMS.P n ết luận: Tổng kết và tóm tắt các kết quả quan trọng đã ...