Ảnh hưởng của nồng độ PMnN đến cấu trúc và các tính chất áp điện của hệ gốm PZT-PZN-PMnN
TꢀP CHÍ KHOA HꢁC, ðꢂi hꢃc Huꢄ, Sꢅ 65, 2011
ꢆNH HƯꢇNG CꢈA NꢉNG ðꢊ PMnN ðꢋN CꢌU TRÚC VÀ CÁC TÍNH CHꢌT
ÁP ðIꢍN CꢈA Hꢍ GꢎM PZTꢏPZNꢏPMnN
Phan ðình Giꢀ, Lê ðꢁi Vương
Trưꢂng ðꢁi hꢃc Khoa hꢃc, ðꢁi hꢃc Huꢄ
TÓM TꢐT
Gꢅm 0,65Pb(Zr0,47Ti0,53)O3–(0,35 ꢆ x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–xPb(Mn1/3Nb2/3)O3 (viꢄt tꢇt là
PZT–PZN–PMnN) ñã ñưꢈc chꢄ tꢁo bꢉng phương pháp truyꢊn thꢅng kꢄt hꢈp vꢀi phương pháp
columbit. ꢋnh hưꢌng cꢍa nꢎng ñꢏ PMnN tꢀi cꢐu trúc và các tính chꢐt áp ñiꢑn cꢍa vꢒt liꢑu ñã
ñưꢈc nghiên cꢓu. Các kꢄt quꢔ thꢕc nghiꢑm cho thꢐy rꢉng, tꢁp phꢓc PMnN ñã làm thay ñꢖi cꢐu
trúc và tính chꢐt áp ñiꢑn cꢍa vꢒt liꢑu. Vꢀi nꢎng ñꢏ PMnN tăng, cꢐu trúc cꢍa vꢒt liꢑu chuyꢗn tꢘ
pha tꢓ giác sang pha mꢙt thoi, hꢑ sꢅ phꢚm chꢐt cơ hꢃc tăng và ñꢁt giá trꢛ cꢕc ñꢁi tꢁi 0,075 mol
PMnN. Tꢁi nꢎng ñꢏ này, tꢖn hao ñiꢑn môi ñꢁt giá trꢛ nhꢜ nhꢐt. Biên pha hình thái hꢃc (MPB)
cꢍa hꢑ gꢅm PZT–PZN–PMnN ñã ñưꢈc xác ñꢛnh tꢁi 0.075 mol PMnN. Tꢁi nꢎng ñꢏ này gꢅm có
tính chꢐt ñiꢑn cơ tꢅt nhꢐt vꢀi kp = 0,47, d31 = 128pC/N, Qm = 1417, tan
năng ꢓng dꢝng ñꢗ chꢄ tꢁo các biꢄn tꢞ siêu âm công suꢐt.
δ
= 0,004 và có khꢔ
1. Mꢑ ñꢒu
Hơn 5 năm trꢀ lꢁi ñây, các nhà khoa hꢂc vꢃt liꢄu trên thꢅ giꢆi chú trꢂng nghiên
cꢇu và ꢇng dꢈng các hꢄ vꢃt liꢄu ña thành phꢉn, ñꢊc biꢄt là các nhóm vꢃt liꢄu kꢅt hꢋp
giꢌa PZT và các sꢍt ñiꢄn relaxo như: PZN–PZT, PZT–(Mn1/3Nb2/3)O3,
Pb(Mn1/3Sb2/3)O3–PZT,
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–PZN–PZT,
(Mn1/3Nb2/3)O3
–
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 – PZT,... do chúng ñáp ꢇng các yêu cꢉu ꢇng dꢈng chꢅ tꢁo biꢅn tꢎ công
suꢏt, biꢅn thꢅ áp ñiꢄn, mô tơ siêu âm… ðây là loꢁi vꢃt liꢄu có các tính chꢏt như tꢐn hao
tanδ thꢏp; hꢑng sꢒ ñiꢄn môi ε lꢆn; hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm lꢆn và hꢄ sꢒ liên kꢅt ñiꢄn cơ kp
lꢆn [4, 6].
Trong các nhóm vꢃt liꢄu trên, hꢄ vꢃt liꢄu PZTꢔPZN và PZTꢔPMnN ñưꢋc nhiꢕu
nhà khoa hꢂc trong nưꢆc và thꢅ giꢆi quan tâm nghiên cꢇu nhiꢕu nhꢏt [1, 2, 3, 6, 9, 10].
Hꢄ vꢃt liꢄu PZTꢔPZN thưꢖng có hꢑng sꢒ ñiꢄn môi lꢆn, tính chꢏt áp ñiꢄn và sꢍt ñiꢄn tꢒt.
Tuy nhiên lꢁi có hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm thꢏp, tꢐn hao ñiꢄn môi tanδ lꢆn. Trong khi ñó, hꢄ
PZTꢔPMnN lꢁi có hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm cao, tꢐn hao tanδ thꢏp, hꢑng sꢒ ñiꢄn môi thꢏp,
tính chꢏt áp ñiꢄn và sꢍt ñiꢄn không ñưꢋc tꢒt.
Mꢗt sꢒ các công trình nghiên cꢇu gꢉn ñây ñã chꢇng tꢘ rꢑng, sꢙ kꢅt hꢋp hai hꢄ
PZTꢔPZN và PZTꢔPMnN vꢆi nhau là mꢗt phương pháp hiꢄu quꢚ nhꢑm tꢁo thành mꢗt hꢄ
vꢃt liꢄu bꢒn thành phꢉn vꢛa có tính chꢏt ñiꢄn cơ tꢒt (Qm lꢆn), tꢐn hao ñiꢄn môi bé, tính
63
chꢏt áp ñiꢄn tꢒt (kp lꢆn), tính sꢍt ñiꢄn tꢒt (Pr lꢆn) và hꢑng sꢒ ñiꢄn môi cao [4, 6].
Bài báo này trình bày kꢅt quꢚ nghiên cꢇu chꢅ tꢁo hꢄ gꢒm áp ñiꢄn
0.65Pb(Zr0,47Ti0,53)O3– (0,35 ꢔ x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3– xPb(Mn1/3Nb2/3)O3 và khꢚo sát ꢚnh
hưꢀng cꢜa nꢝng ñꢗ PMnN ñꢅn cꢏu trúc, tính chꢏt áp ñiꢄn cꢜa hꢄ gꢒm, ñꢝng thꢖi xác
ñꢞnh nꢝng ñꢗ PMnN tꢒi ưu có tính chꢏt sꢍt ñiꢄn, áp ñiꢄn mꢁnh, hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm lꢆn
và tꢐn hao tanδ thꢏp.
2. Thꢓc nghiꢔm
Gꢒm ñưꢋc chꢅ tꢁo theo công nghꢄ truyꢕn thꢒng kꢅt hꢋp vꢆi phương pháp
columbit [9] có công thꢇc 0,65Pb(Zr0,47Ti0,53)O3–(0,35 ꢔ x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–
xPb(Mn1/3Nb2/3)O3. Trong ñó, x = 0,0; 0,05; 0,075; 0,10; 0,125, 0,15 và 0,20 mol (ký
hiꢄu M0, M1, M2, M3, M4, M5, M6).
Nguyên liꢄu ban ñꢉu là các oxit: PbO (99%), ZrO2 (99%), TiO2 (99%), Nb2O5
(99,9% Merck), ZnO (99%) và MnO2 (99%). Quá trình tꢐng hꢋp dung dꢞch rꢍn PZT–
PZN–PMnN bao gꢝm hai giai ñoꢁn sau:
Giai ñoꢁn 1: Chꢅ tꢁo hꢋp chꢏt Columbit ZnNb2O6 và MnNb2O6. Trꢗn các oxit
(ZnO, Nb2O5) và (ZnO, MnO2) nghiꢕn trong 8 giꢖ và nung ꢀ nhiꢄt ñꢗ 10500C trong 2
giꢖ ñꢟ tꢁo thành các columbit ZnNb2O6 và MnNb2O6 tương ꢇng.
Giai ñoꢁn 2: Tꢐng hꢋp dung dꢞch rꢍn PZTꢔPZNꢔPMnN. Trꢗn hꢠn hꢋp Columbit
ñã nghiꢕn 6 giꢖ vꢆi hꢠn hꢋp các oxit PbO, ZrO2, TiO2 theo tꢡ lꢄ ꢇng vꢆi mꢠi mꢢu. Hꢠn
hꢋp sau khi nghiꢕn trꢗn 8 giꢖ ñưꢋc nung sơ bꢗ tꢁi nhiꢄt ñꢗ 8500C trong 2 giꢖ. Sau ñó,
nghiꢕn 16 giꢖ, ép thꢜy lꢙc thành nhꢌng viên có ñưꢖng kính 12mm và nung thiêu kꢅt tꢁi
nhiꢄt ñꢗ 11500C trong 2 giꢖ.
Sꢙ hình thành pha cꢜa các mꢢu ñưꢋc nghiên cꢇu bꢀi phương pháp nhiꢣu xꢁ tia X
(D8 ADVANCE), hình ꢚnh vi cꢏu trúc cꢜa các mꢢu ñưꢋc chꢈp bꢑng kính hiꢟn vi ñiꢄn tꢎ
quét (HITACHI Sꢔ4800). Các mꢢu gꢒm ñưꢋc tꢁo ñiꢄn cꢙc bꢑng bꢁc và phân cꢙc trong
dꢉu silicon tꢁi nhiꢄt ñꢗ 130oC, ñiꢄn trưꢖng 30 kV/cm trong 15 phút. Các phꢐ dao ñꢗng
cꢗng hưꢀng ñưꢋc ño tꢛ các hꢄ ño tꢙ ñꢗng hóa HIOKI 3532, Impedance HP 4193ª.
3. Kꢄt quꢕ và thꢕo luꢖn
3.1. Cꢀu trúc và vi cꢀu trúc cꢁa gꢂm PZTꢃPZNꢃPMnN
Hình 1 là giꢚn ñꢝ nhiꢣu xꢁ tia X cꢜa các mꢢu gꢒm PZTꢔPZNꢔPMnN tương ꢇng
vꢆi các nꢝng ñꢗ PMnN khác nhau. Tꢛ hình 1 cho thꢏy, pha perovskit tꢝn tꢁi chꢜ yꢅu
trong các mꢢu gꢒm. Tuy nhiên, bên cꢁnh ñó vꢢn còn có pha thꢇ hai PbO vꢆi hàm lưꢋng
khá nhꢘ.
64
ꢀ
ꢀ
ꢀ
P h a p e r o v s k ite
P h a P b O d −
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
M 5
M 4
M 3
M 2
M 1
M 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
2
θ
(
® é
)
Hình 1. Giꢔn ñꢎ nhiꢟu xꢁ tia X cꢍa các mꢠu gꢅm PZTꢆPZNꢆPMnN
Trên hình 2 là giꢚn ñꢝ nhiꢣu xꢁ tia X cꢜa các mꢢu gꢒm tꢁi góc 2θ lân cꢃn 450.
Tꢛ hình 1 và hình 2 cho thꢏy, tương ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN tăng tꢛ 0 ñꢅn 0,05 mol
(mꢢu M0 và M1) gꢒm có cꢏu trúc tꢇ giác ñưꢋc ñꢊc trưng bꢀi hai ñꢤnh (002)T và (200)T
tꢁi góc 2θ lân cꢃn 450. Tuy nhiên, khi nꢝng ñꢗ PMnN tăng trên 0,075 mol (mꢢu M4, M5),
các ñꢤnh (002)T và (200)T biꢅn mꢏt chꢤ còn lꢁi ñꢤnh ñơn (200)R ñꢊc trưng cꢜa cꢏu trúc
mꢊt thoi [4, 6].
(200)
R
(200)
R
M5
(200)
R
M4
(200)
R
(002)
T
M3
M2
(200)
T
(200)
T
(002)
T
(002)
M1
M0
T
(200)
T
42
44
46
2
θ (®é)
Hình 2. Giꢔn ñꢎ nhiꢟu xꢁ tia X cꢍa các mꢠu gꢅm PZTꢆPZNꢆPMnN tꢁi lân cꢒn góc 2
= 450
θ
Bên cꢁnh ñó kꢅt quꢚ cũng cho thꢏy rꢑng, ñꢤnh (200)R cꢜa pha mꢊt thoi ꢇng vꢆi
mꢢu M2 như ñưꢋc mꢀ rꢗng và có cưꢖng ñꢗ lꢆn, nguyên nhân là do sꢙ chꢝng phꢜ cꢜa
các ñꢤnh (200)R mꢊt thoi và (002)T, (200)T tꢇ giác. ðiꢕu ñó chꢇng tꢘ rꢑng, cꢚ hai pha tꢇ
giác và mꢊt thoi ñꢝng thꢖi tꢝn tꢁi trong thành phꢉn ꢇng vꢆi mꢢu M2, có nghĩa ñây là
thành phꢉn ꢇng vꢆi biên pha hình thái hꢂc cꢜa vꢃt liꢄu.
Khi pha PMnN vào hꢄ gꢒm PZTꢔPZN, PMnN ñóng vai trò tꢁp phꢇc cꢇng thay
thꢅ vào vꢞ trí B (Ti4+ và Zr4+) trong cꢏu trúc perovskit phꢇc. Khi nꢝng ñꢗ PMnN tăng
trên 0,075 mol, tꢁi lân cꢃn góc 2
θ
≈450 các ñꢤnh (002)T và (200)T biꢅn mꢏt chꢤ còn lꢁi
ñꢤnh ñơn (200)R. Hiꢄn tưꢋng này chꢇng tꢘ, rꢑng tꢁp phꢇc PMnN ñã gây ra sꢙ biꢅn ñꢐi
65
cꢏu trúc cꢜa vꢃt liꢄu tꢛ pha tꢇ giác sang pha mꢊt thoi. Có thꢟ giꢚi thích khi pha PMnN
vào hꢄ PZTꢔPZN, các ion Mn và Nb sꢥ thay thꢅ vào vꢞ trí B (Ti4+ và Zr4+) trong cꢏu trúc
perovskit phꢇc. Do không có sꢙ phù hꢋp vꢕ kích thưꢆc cꢜa các ion nên ñã làm méo
mꢁng tinh thꢟ, kꢅt quꢚ là trꢈc c ngꢍn lꢁi và trꢈc a tăng lên (hình 3) dꢢn ñꢅn có sꢙ dꢞch
chuyꢟn tꢛ pha tꢇ giác sang pha mꢊt thoi.
4.11
c
4.10
4.09
4.08
4.07
4.06
4.05
4.04
a
4.03
4.02
CÊu tróc tø gi¸c
4.01
4.00
CÊu tróc mÆt thoi
ꢀ2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Nång ®é PMnN(% mol)
Hình 3. Sꢕ phꢝ thuꢏc cꢍa hꢉng sꢅ mꢁng cꢍa hꢑ gꢅm PZTꢆPZNꢆPMnN vào nꢎng ñꢏ PMnN
3.2. Tính chꢀt áp ñiꢄn cꢁa hꢄ gꢂm PZTꢃPZNꢃPMnN
ðꢟ xác ñꢞnh tính chꢏt áp ñiꢄn cꢜa vꢃt liꢄu, phꢐ cꢗng hưꢀng cꢜa các mꢢu ñã ñưꢋc
ño tꢁi nhiꢄt ñꢗ phòng. Hình 4 và hình 5 là kꢅt quꢚ ño phꢐ cꢗng hưꢀng dao ñꢗng radian
và phꢐ cꢗng hưꢀng dao ñꢗng theo bꢕ dày cꢜa các mꢢu tꢁi nhiꢄt ñꢗ phòng. Tꢛ các phꢐ
dao ñꢗng, hꢄ sꢒ liên kꢅt ñiꢄn cơ kp, kt, hꢄ sꢒ áp ñiꢄn d31, hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm ñã ñưꢋc
xác ñꢞnh. Kꢅt quꢚ cho ꢀ hình 6, hình 7 và hình 8.
100
100
M1
80
80
60
M1
105
104
103
102
101
M0
M0
4
10
60
40
40
20
20
3
10
0
0
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
2
10
1
10
215
220
225
230
235
240
245
250
200
210
220
230
240
250
TÇnsè(KHz
)
TÇnsè(KHz)
66
100
80
100
80
M2
M3
105
104
103
102
101
105
104
103
102
101
100
60
60
40
40
20
20
0
0
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
220
230
240
250
220
230
240
250
TÇnsè(KHz
)
TÇn sè (KHz
)
100
80
100
M5
105
104
103
102
101
100
105
104
103
102
101
M4
80
60
60
40
40
20
20
0
0
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
ꢀ20
ꢀ40
ꢀ60
ꢀ80
ꢀ100
230
235
240
245
250
255
225
230
235
240
245
250
TÇn sè (KHz
)
TÇn sè (KHz
)
Hình 4. Phꢖ dao ñꢏng radian cꢍa các mꢠu gꢅm PZT – PZN – PMnN
1400
7000
M0
M1
1200
1000
800
600
400
200
0
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
-1000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
TÇn sè (MHz)
TÇn sè (MHz)
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
10000
8000
6000
4000
2000
0
M2
M3
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
TÇn sè (MHz)
Tꢉn sꢒ (MHz)
67
10000
8000
6000
4000
2000
0
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
M5
M4
0
-500
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
TÇn sè (MHz)
TÇn sè (MHz)
Hình 5. Phꢖ dao ñꢏng theo bꢊ dày cꢍa các mꢠu gꢅm PZT – PZNꢆ PMnN
Hình 6 và 7 biꢟu diꢣn sꢙ phꢈ thuꢗc cꢜa hꢄ sꢒ liêt kꢅt ñiꢄn cơ kp, kt và hꢄ sꢒ áp
ñiꢄn d31 theo nꢝng ñꢗ PMnN. Khi nꢝng ñꢗ PMnN tăng, hꢄ sꢒ liêt kꢅt ñiꢄn cơ kp, kt và hꢄ
sꢒ áp ñiꢄn d31 ñꢕu giꢚm. ðây là mꢗt trong nhꢌng ñꢊc tính cꢜa vꢃt liꢄu khi pha tꢁp cꢇng
[11]. ðiꢕu ñó chꢇng tꢘ rꢑng, tꢁp phꢇc PMnN ñã làm tăng tính cꢇng cꢜa hꢄ vꢃt liꢄu PZTꢔ
PZN.
260
0.60
240
k
t
0.55
220
k
p
200
0.50
180
0.45
0.40
160
140
120
100
80
0.35
0.30
0.25
0.20
60
40
0
5
10
15
20
0
5
10
15
20
Nꢁng ñꢂ PMnN (%mol)
Nꢁng ñꢂ PMnN (%mol)
Hình 6. Sꢕ phꢝ thuꢏc cꢍa hꢑ sꢅ liên kꢄt
Hình 7. Sꢕ phꢝ thuꢏc cꢍa hꢉng sꢅ áp ñiꢑn d31
ñiꢑn cơ kp và kt theo nꢎng ñꢏ PMnN
theo nꢎng ñꢏ PMnN
Hình 8 là sꢙ phꢈ thuꢗc cꢜa hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt cơ Qm và tꢐn hao ñiꢄn môi tan theo
δ
nꢝng ñꢗ PMnN. Kꢅt quꢚ khꢚo sát cho thꢏy, nꢝng ñꢗ PMnN ñã cꢚi thiꢄn tính chꢏt cơ và
làm giꢚm tꢐn hao ñiꢄn môi cꢜa vꢃt liꢄu. Tương ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN tăng, Qm tăng
dꢉn và ñꢁt giá trꢞ cꢙc ñꢁi 1417 ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN là 7,5% mol. Sau ñó, giꢚm khi
nꢝng ñꢗ PMnN tăng. Tꢐn hao ñiꢄn môi tan
ñꢁt giá trꢞ cꢙc tiꢟu 0,004 ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN là 7,5% mol. Sau ñó, tan
δ
giꢚm mꢁnh ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN tăng và
tăng khi
δ
nꢝng ñꢗ PMnN tăng. Theo kꢅt quꢚ phân tích cꢏu trúc ꢀ trên, thành phꢉn có nꢝng ñꢗ
7,5% mol PMnN là thành phꢉn ꢇng vꢆi biên pha hình thái hꢂc, chính do hiꢄu ꢇng biên
pha hình thái hꢂc ñã cꢚi thiꢄn tính chꢏt cơ ñiꢄn cꢜa vꢃt liꢄu. Khi nꢝng ñꢗ PMnN lꢆn hơn
7,5% mol, hiꢄu ꢇng biên pha hình thái hꢂc không còn mꢁnh, do ñó hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt Qm
giꢚm, tꢐn hao tan tăng [4].
δ
68
0.020
0.018
0.016
0.014
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
5
10
15
20
Nång ®é PMnN (%mol)
Hình 8. Sꢕ phꢝ thuꢏc cꢍa hꢑ sꢅ phꢚm chꢐt Qm và tꢖn hao ñiꢑn môi theo nꢎng ñꢏ PMnN
Khi ñưa PMnN vào hꢄ PZTꢔPZN, các ion Mn sꢥ thay thꢅ vào vꢞ trí B (Ti4+ và
Zr4+) trong cꢏu trúc perovskit. ðꢟ bù trꢛ ñiꢄn tích, trong mꢁng tinh thꢟ sꢥ có sꢙ tꢁo ra
các vacancy oxy. Các vacancy oxy này sꢥ gây nên biꢅn dꢁng ñꢞnh xꢇ mꢁng tinh thꢟ và
ngăn cꢚn sꢙ chuyꢟn ñꢗng cꢜa các vách ñômen. Bên cꢁnh ñó, tꢁp cꢇng còn làm gia tăng
ñiꢄn tích không gian bên trong các hꢁt gꢒm tꢁo nên ñiꢄn trưꢖng nꢗi cũng góp phꢉn ngăn
cꢚn sꢙ dꢞch chuyꢟn cꢜa các vách ñômen làm giꢚm tính áp ñiꢄn, gia tăng hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt
cơ Qm và làm giꢚm tꢐn hao ñiꢄn môi tan [4, 8].
δ
4. Kꢄt luꢖn
ꢦnh hưꢀng cꢜa PMnN lên cꢏu trúc và tính chꢏt áp ñiꢄn cꢜa hꢄ gꢒm
0,65Pb(Zr0,47Ti0,53)O3–(0,35 ꢔ x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3–xPb(Mn1/3Nb2/3)O3 ñã ñưꢋc nghiên
cꢇu. Các kꢅt quꢚ ñꢁt ñưꢋc như sau:
ꢔ Gꢒm chꢅ tꢁo có pha peroskit là chꢜ yꢅu, bên cꢁnh vꢢn còn tꢝn tꢁi pha PbO vꢆi
hàm lưꢋng khá nhꢘ. Tꢁp PMnN ñã làm thay ñꢐi cꢏu trúc cꢜa vꢃt liꢄu tꢛ pha tꢇ giác sang
pha mꢊt thoi. ðã xác ñꢞnh ñưꢋc biên pha hình thái hꢂc cꢜa hꢄ gꢒm ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ
PMnN là 0,075mol
ꢔ Hꢄ sꢒ liên kꢅt ñiꢄn cơ kp, kt và hꢄ sꢒ áp ñiꢄn d31 giꢚm ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ PMnN
tăng. Tꢁp PMnN là tꢁp phꢇc cꢇng.
ꢔ Xác ñꢞnh ñưꢋc nꢝng ñꢗ PMnN tꢒi ưu là 0,075 mol (mꢢu M2). Tꢁi nꢝng ñꢗ này,
hꢄ sꢒ phꢓm chꢏt cơ Qm có giá trꢞ cꢙc ñꢁi (Qm = 1417), tꢐn hao ñiꢄn môi cꢙc tiꢟu (tan
δ
=
0,004), các thông sꢒ áp ñiꢄn: d31 = 128 pC/N, kp = 0,48, kt = 0,37. Vꢃt liꢄu có thành
phꢉn ꢇng vꢆi nꢝng ñꢗ 0,075 mol PMnN có thꢟ ꢇng dꢈng ñꢟ chꢅ tꢁo các biꢅn tꢎ siêu âm
công suꢏt và các biꢅn thꢅ áp ñiꢄn.
69
TÀI LIꢍU THAM KHꢆO
[1]. Chang L.M., Hou Y.D, Zhu M.K., and Yan H, Effect of sintering temperature on the
phase transition and dielectrical response in the relaxorꢆferroelectricꢆsystem 0,5PZN–
0,5PZT, Journal of applied physics 101, (2007).
[2]. ChengꢔChe Tsai a, ShengꢔYuan Chub, ChihꢔKuo Liang, Lowꢆtemperature sintered
PMnNꢆPZT based ceramics using the Bꢆsite oxide precursor method for therapeutic
transducers, Journal of Alloys and Compounds, (2009), 1ꢔ7.
[3]. Feng Gao, Liꢔhong Cheng, Rongꢔzi Hong, Jiaji Liu, Chunꢔjuan Wang and Changsheng
Tian, Crystal structure and piezoelectric properties of xPb(Mn1/3Nb2/3)O3
–
(0,2 − x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 – 0,8Pb(Zr0,52Ti0,48)O3 ceramic, Ceramics International 35,
(2009), 1719–1723.
[4]. Phan ðình Giꢆ và Hoàng Thꢞ Minh Tâm, ꢋnh hưꢌng cꢍa tꢁp La ñꢄn cꢐu trúc và các
tính chꢐt áp ñiꢑn cꢍa hꢑ gꢅm PZNꢆPZT, Hꢗi nghꢞ Vꢃt lý chꢏt rꢍn và Khoa hꢂc vꢃt liꢄu
toàn quꢒc lꢉn thꢇ 6 (SPMSꢔ2009), ðà Nꢧng 8ꢔ10/11/2009.
[5]. Phan Dinh Gio, Vo Duy Dan, Some dielectric, feroelectric, piezoelectric of 0,35PZNꢆ
0,65PZT ceramic, Journal of Alloys and Compounds, (2006).
[6]. Grinberg I., Shin YoungꢔHan, and Rappe A.M., Molecular Dynamics Study of
Dielectric Response in a Relaxor Ferroelectric. PRL 103, (2009).
[7]. Houa Y. D., Zhua M. K., Tian C. S., Yan H. Structure and electrical properties of
PMZN–PZT quaternary ceramics for piezoelectric transformers, Sensors and Actuators
A 116, (2004), 455ꢔ460.
[8]. Huiquiing Fan and HyounꢔEe Kim, Effect of Lead content on the structure and
electrical properties of Pb((Zn1/3Nb2/3)0,5(Zr0,47Nb0,53)0,5)O3 ceramics, Journal.J. Am.
Ceram. Soc. 84 (3), (2001), 636ꢔ638.
[9]. Muanghlua R., Niemchareon S., Vittayakorn W. C. and Vittayakorn N., Effects of Zr/Ti
Ratio on the Structure and Ferroelectric Properties in PZTꢆPZNꢆPMN Ceramics Near
the Morphotropic Phase Boundary, Advanced Materials Research, Vols. 55ꢔ57, (2008),
125ꢔ128.
[10]. Vittayakorn N. and Bongkarn T., Phase Formation and Crystal Structure of 0,9PZTꢆ
0,1PZN Powders Prepared by Columbite Precursor, NU Science Journal, 2(2), (2006),
157ꢔ164.
[11]. Yuhuan XU, Ferroelctric Materials and Their Applications, NorthꢔHolland,
AmsterdamꢔLondonꢔNewyorkꢔTokyo, 1991.
70
EFFECT OF PMnN CONTENT ON THE STRUCTURE AND PIEZOELECTRIC
PROPERTIES OF PZTꢏPZNꢏPMnN CERAMICS
Phan Dinh Gio, Le Dai Vuong
College of Sciences, Hue University
SUMMARY
The 0,65Pb(Zr0,47Ti0,53)O3–(0,35ꢆ x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 – xPb(Mn1/3Nb2/3)O3 (PZT–PZN–
PMnN) ceramics was prepared using the columbite precursor method and the conventional
method. The effect of PMnN content on the crystal structure and piezoelectric properties was
investigated. Experimental results indicated that PMnN complex doping changed the structure
and piezoelectric properties of the specimens. With content of PMnN increased, the crystal
structure changes from tetragonal to rhombohedral, the mechanical quality factor (Qm)
increases and reaches its highest value at 0,075mol PMnN, while dielectric loss tan
δ
has
minimum value at this content. The morphotropic phase boundary (MPB) of PZT–PZN–PMnN
ceramics occurs at the content of 0,075mol PMnN. The ceramic with composition 0,65PZTꢆ
0,275PZNꢆ0,075PMnN has the optimal electromechanical properties, kp = 0,47, d31 = 128pC/N,
Qm = 1417, tan
devices.
δ
= 0,004, which makes it a promising material for high power piezoelectric
71
9 trang
13/01/2024
16440
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ảnh hưởng của nồng độ PMnN đến cấu trúc và các tính chất áp điện của hệ gốm PZT-PZN-PMnN", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- anh_huong_cua_nong_do_pmnn_den_cau_truc_va_cac_tinh_chat_ap.pdf
