Nhằm hiểu rõ bản chất vật lý của tính áp điện lớn thu được trên hệ vật liệu BZT-xBCT, nhóm nghiên cứu do PGS. TS. Lê Văn Hồng, Viện Khoa Học Vật Liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu mối liên quan giữa hồi phục điện môi với tính áp điện của hệ vật liệu áp điện không chứa chì BCT và BZT-xBCT nhằm hiểu rõ bản chất vật lý của tính áp điện lớn thu được trên hệ vật liệu BZT-xBCT”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, đề tài thu được các kết quả sau:

- Đã chế tạo các hệ mẫu vật liệu khác nhau có chất lượng tốt

Hệ mẫu thứ nhất là vật liệu BaTiO3 (BTO) có thay thế một phần Ca cho Ba, Ba1-xCaxTiO3 -x(BCT). Các mẫu đã chế tạo được khảo sát cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ kế tia X Siemen D5000 và chụp ảnh vi cấu trúc bằng nhiễu xạ điện tử và ảnh kính hiển vị điện tử truyền qua bằng máy HRTEM hãng JEOL 2100. Kết quả cho thấy Ca đã thay thế Ba và gây nên chuyển pha cấu trúc của vật liệu từ cấu trúc tứ giác sang mặt thoi khi x ~ 0,3. Điều này cho thấy có sự xuất hiện biên pha hình thái ở vùng lân cận nồng độ Ca khoảng 15% tương tự như trong trường hợp vật liệu BZT-xBCT mà các tác giả khác đã quan sát thấy. Thời gian hồi phục và thính chất áp điện sắt điện của vật liệu ở nhiệt độ phòng được đánh giá từ phép đo tổng trở phụ thuộc tần số trên các thiết bị HP4192A và Hioki CLR 3532 ở Viện Khoa học Vật liệu, Viện HLKH&CNVN và Khoa Vật lý chất rắn Đại học Khoa học Huế. Kết quả thu được cho thấy vật liệu BCT với x=29,6 cho hệ số áp điện d33 đạt 321 pC/N. Đây là giá trị áp điện lớn nhất thu được cho hệ vật liệu BTO cho đến thời điểm chúng tôi công bố.

 - Đã quan sát thấy mối liên hệ giữa thời gian hồi phục điện môi và tính chất áp điện của vật liệu

Thời gian hồi phục điện môi giảm xuống cực tiểu khi hệ số áp điện d33 tăng lên cực đại. Kết quả này được giải thích dựa trên biến dạng mạng do Ca thay thế cho Ba ở vùng biên pha hình thái của vật liệu xBCT. Ngoài ra có quan sát thấy dâu hiệu của đóng góp của siêu mạng BTO và CaTiO3 (CTO) khi nồng độ Ca lớn hơn 15% (x>0,3).

- Chế tạo thành công vật liệu BZT-0,296BCT có hệ số áp điện lớn d33 = 543 pC/N

Đây là vật liệu có hệ số áp điến lớn mở ra khả năng nghiên cứu triển khai ứng dụng trong chế tạo cảm biến thủy âm. Bằng những kỷ thuật khảo sát, đo đạc tương tự như phần trên nhóm đề tài đã quan sát thấy mối liên quan giữa thời gian hồi phục điện môi và hệ số áp điện quanh điểm biên giới pha hình thái của vật liệu. Tương tự như trường hợp BCT thời gian hồi phục điện môi giảm đến giá trị cực tiểu rồi tăng trở lại khi nồng độ Ca thay thế đi qua biên pha hình thái với x=29,6, còn hệ số áp điện tăng đến cực đại rồi giảm tương ứng khi Ca tăng. Mối liên hệ này được giải thích trên cơ sở tính cạnh tranh hai pha cấu trúc tại biên pha hình thái. Kết quả này là một trong những kết quả chính quan trọng.

- Những tính chất điện môi sắt điện và độ dẫn ion trong các vật liệu xBCT và BZT-xBCT cũng được quan tâm nghiên cứu.

- Ngoài ra, đề tài đã thực hiện những nghiên cứu cải tiến công nghệ chế tạo vật liệu bằng cách pha tạp các nguyên tố thích hợp nhằm giảm nhiệt độ và thời gian thiêu kết. Bước tiếp theo đề tài chế tạo hệ mẫu vật liệu BZT-xBCT với x thay đổi quanh giá trị biên pha hình thái 15% (x~0,3).

Những kết quả của đề tài đã được đăng trên tạp chí Journal of electronic materials, International, Vietnam Journal of Science and Technology.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 16368/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)