Tài liệu NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CẤU TRÚC, VI CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ GỐM KHÔNG CHÌ TRÊN CƠ SỞ (K,Na)NbO3 pptx

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Tập 74A, Số 5, (2012), 149-158

149




NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CẤU TRÚC, VI CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ
GỐM KHÔNG CHÌ TRÊN CƠ SỞ (K,Na)NbO
3
Lê Anh Thi, Trần Hồ Minh Luyến, Võ Duy Dần
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế

Tóm tắt. Bài báo đề cập đến các kết quả nghiên cứu về các thông số công nghệ, mật độ
gốm, cấu trúc và vi cấu trúc của hai hệ gốm áp điện không chì trên cơ sở (K,Na)NbO
3

(KNN) pha tạp MnO
2
và LiSbO
3
. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, các thông
số công nghệ gần tương tự như các thông số đối với các hệ trên cơ sở PZT. Tuy nhiên, có
một điểm khác biệt rất quan trọng trong các bước của quy trình chế tạo so với các hệ gốm
trên cơ sở PZT. Do dung dịch rắn KNN khó tạo thành hoàn hảo hơn so với PZT, nên đòi hỏi
phải nghiền sơ bộ và nung sơ bộ hai lần trong cùng một thời gian như nhau mới có thể tạo
được dung dịch rắn KNN mong muốn. Hai hệ gốm áp điện không chì (K
0.436
Na
0.5
Li

0.064
)
Nb
0.92
Sb
0.08
O
3
– x % kl MnO
2
(KNNLS – Mn) và (K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
- y %
mol LiSbO
3
(KNN-Fe-LS) đã được chế tạo thành công. Mật độ gốm của hai hệ khá cao đạt
94,3% - 96,4% lý thuyết. Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy, cả hai hệ đều có pha
perovskit thuần túy với cấu trúc trực thoi và tứ giác. Từ các ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
chúng ta có thể thấy chúng đều có các hạt với kích thước trung bình 2-3 μm và hình dạng
tương tự như những khối lập phương.

1.Mở đầu

Hơn 50 năm nay, vật liệu sắt điện, áp điện nói chung và gốm sắt điện, áp điện
nói riêng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực và được ứng dụng
rộng rãi trong các ngành kỹ thuật cũng như đời sống [1]. Hướng nghiên cứu chủ yếu
hiện nay đang được chú trọng nhiều nhất là chế tạo các hệ dung dịch rắn hai, ba, bốn
hoặc nhiều thành phần phối hợp giữa PZT và các chất sắt điện chuyển pha nhòe
(relaxor) như: Pb(Mg
1/3
Nb
2/3
)O
3
(PMN), Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(PZN), Pb(Mn
1/3
Sb
2/3
)O
3
(PMnS)…, PZT pha các loại tạp cứng, tạp mềm khác nhau như các oxít đất hiếm nhóm
nhẹ (La
2
O
3
, Ce
2

O
3
, Nd
2
O
3
, Pr
2
O
3
, Sm
2
O
3
…), nhóm nặng (Nb
2
O
5
, Ta
2
O
5
, ) hoặc Mn
,
Fe,
Cr, Sb, In
Tuy nhiên, bên cạnh các thành tựu và ứng dụng rộng rãi của gốm áp điện trên cơ
sở PZT, thì loại vật liệu áp điện này có một nhược điểm là thải ra môi trường một lượng
chì độc hại đáng kể. Bởi vì trong thành phần PZT số lượng chì chiếm hơn 60% trọng
lượng của vật liệu nên trong quá trình chế tạo vật liệu đã giải phóng số lượng lớn chì,

150 Nghiên cứu chế tạo và cấu trúc, vi cấu trúc của các hệ gốm không chì…
chủ yếu ở dạng oxít chì hoặc chì zirconat titanat ra môi trường. Hiện tượng này xuất
hiện trong quá trình nung sơ bộ và thiêu kết do PbO bay hơi, trong quá trình thực hiện
trộn các mẻ thành phần hay trong khi gia công thô các thành phần, và sau khi sử dụng
cùng với các vấn đề kèm theo của sự tái lặp và các phế thải của chúng gây độc hại, ô
nhiễm môi trường rất lớn [2-11]. Điều này đã đặt ra sự định hướng mới cho việc tìm
kiếm gốm áp điện không chì.
Bài này sẽ đề cập đến công nghệ chế tạo hai hệ gốm áp điện không chì khác
nhau trên cơ sở (K,Na)NbO
3
( KNN) pha tạp MnO
2
, LiSbO
3
và ảnh hưởng của các loại
tạp này đến cấu trúc, vi cấu trúc vật liệu.
2. Thực nghiệm và kết quả
2.1. Quy trình công nghệ chế tạo hệ gốm KNLNS - x% kl MnO
2
và KNN -
1%mol Fe
2
O
3
– x% mol LiSbO
3
.
2.1.1. Các thành phần gốm chế tạo
Công thức hóa học đầy đủ của hệ gốm KNLNS - x% kl MnO
2

là (K
0,436
Na
0,5
Li
0,064
)Nb
0,92
Sb
0,08
O
3
- x% kl MnO
2
( x = 0, 2, 4, 6, 8, 9 ) và được ký hiệu như sau:
M
o
: KNLNS – 0% MnO
2
; M
1
: KNLNS – 2% MnO
2

M
2
: KNLNS – 4% MnO
2
; M
3

: KNLNS – 6% MnO
2

M
4
: KNLNS – 8% MnO
2
; M
5
: KNLNS – 9% MnO
2

Công thức hóa học đầy đủ của hệ gốm KNN – 1% mol Fe
2
O
3
– x% mol LiSbO
3
là
(1-x)(K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– xLiSbO
3
– 1% mol Fe
2
O

3
(x = 0, 2, 4, 6, 8, 9%) và được ký hiệu
như sau:
S0 : (K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
S2 : 0.98(K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
– 0.02 LiSbO
3

S4

: 0.96(K
0,52

Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
– 0.04LiSbO
3

S6

: 0.94(K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
– 0.06LiSbO
3

S8

: 0.92(K
0,52

Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
– 0.08LiSbO
3

S10

: 0.9(K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
– 0.10LiSbO
3


Các phối liệu ban đầu được tổng hợp từ hỗn hợp các oxit bằng cách sử dụng các
loại bột với độ tinh khiết như K
2

CO
3
(99%), Na
2
CO
3
(99%), Li
2
CO
3
(99%), Sb
2
O
3

(99%), Nb
2
O
5
(99,9%) , MnO
2
(99%) và Fe
2
O
3
(99%).
2.1.2. Công nghệ chế tạo KNLNS –x% kl MnO
2
và KNN - 1%mol Fe
2

O
3
– x% mol
LiSbO
3

Hai hệ gốm sắt điện được chế tạo theo công nghệ gốm truyền thống kết hợp với
cải tiến khâu nghiền, trộn bằng máy nghiền hành tinh PM400/2.
LÊ ANH THI, TRẦN HỒ MINH LUYẾN, VÕ DUY DẦN 151
Quy trình công nghệ gốm truyền thống được tóm tắt theo sơ đồ như sau:

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ gốm truyền thống
Tuy nhiên, đối với hai hệ gốm áp điện không chì trên cơ sở KNN đã đề cập có
một số khác biệt so với các hệ trên cơ sở PZT như sau: Các bột nguyên liệu ban đầu
phải được sấy khô ở nhiệt độ 200°C trong 4 giờ và đem cân liền cho vào cối theo đúng
tỉ lệ đã được tính toán. Thao tác sấy là rất cần thiết vì các muối, oxýt kim loại kiềm
dùng để chế tạo gốm đều có tính hút ẩm mạnh có thể dẫn đến không hợp thức của gốm
như mong muốn. Các dung dịch rắn hợp thức rất khó tạo thành, nên cần thực hiện lặp
lại hai lần như nhau nghiền và nung sơ bộ. Trong quá trình thiêu kết gốm cần phải dùng
bột phủ có thành phần tương tự đã nung cùng nhiệt độ trước tạo môi trường bù trừ sự
bay hơi của Na
2
O và K
2
O.
Các thông số công nghệ chế tạo hai hệ gốm như sau :
- Nghiền sơ bộ lần một và lần hai trên máy hành tinh P400/2 theo chế độ nghiền
đảo 100 vòng/phút trong 10 giờ.
- Ép sơ bộ cả hai lần tại 300 Kg/cm
2

bằng máy ép thủy lực thành các viên có ф = 25
mm.
- Nung sơ bộ để tạo dung dịch rắn cả hai lần như nhau tại 850
0
C trong 2 giờ.
- Nghiền trước khi ép viên thiêu kết trên máy hành tinh P400/2 theo chế độ
nghiền đảo 100 vòng/phút trong 20 giờ.
- Ép trước khi thiêu kết thành các viên có ф = 12 mm bằng máy ép thủy lực.
- Thiêu kết tại 1050
0
C trong 2 giờ trong lò Lenton có chế độ tự động hóa với tốc
độ lên và hạ nhiệt độ 5
0
C /phút.
- Sau khi mài, đánh bóng các mẫu được rửa sạch, sấy khô và được phân cực tại
điện trường 1 chiều 30 - 40 kV/cm, ở nhiệt độ 70-80
0
C trong 30 phút.
2.2. Ảnh hưởng của nồng độ MnO
2
và LiSbO
3
đến mật độ của hai hệ gốm.
Sử dụng phương pháp Acsimet, dùng cân điện tử hiện số AB204 để xác định
152 Nghiờn cu ch to v cu trỳc, vi cu trỳc ca cỏc h gm khụng chỡ
khi lng mu khụ m
1
, v khi lng mu trong mụi trng Ethanol m
2
, gi

l
mt mu gm v c tớnh theo cụng thc:

=

m
1
x 0.791
m
1
-m
2
Trong ú 0.791 l t trng ca Ethanol
Bng 1a. Giỏ tr trung bỡnh mt gm ca cỏc mu h KNLNS-Mn ph thuc vo nng
MnO
2
Mu M
0
M
1
M
2
M
3
M
4
M
5

Mt gm

(g/cm
3
)
4.19 4.36 4.40 4.45 4.42 4.32
Bng 1b. Giỏ tr trung bỡnh mt gm ca cỏc mu h KNN-Fe- LS ph thuc vo nng
LiSbO
3

Mu S0 S2 S4 S6 S8 S10
Mt gm (g/cm
3
)
4.37 4.35 4.17 4.21 4.29 4.31

0 2 4 6 8 10
4.15
4.20
4.25
4.30
4.35
4.40
4.45
Maọt ủoọ goỏm (g/cm
3
)
Nong ủoọ MnO
2
(% kl)

a)
0 2 4 6 8 10
4.15
4.20
4.25
4.30
4.35
4.40
Mật độ gốm (g/cm
3
)
Nồng độ LiSbO
3
(% mol)

b)
Hỡnh 2. S ph thuc ca mt gm a)- h KNLNS-Mn vo nng MnO
2
v b)- h KNN-
Fe-LS vo nng LiSbO
3

T bng 1a,b v hỡnh 2a,b chỳng ta thy rng mt gm tng dn khi pha tp
MnO
2
, mt gm ca h tng i cao so vi cỏc cụng b gn õy [7]

= 4.19 4.45
(g/cm

3
). Nh vy, nng MnO
2
cú nh hng khỏ ln n mt gm, vi nng
khỏc nhau thỡ mt gm ca cỏc mu cng khỏc nhau th hin rừ rng c th mt
tng dn trong vựng kho sỏt ng vi mu M
0
, M
1
, M
2
v t giỏ tr ln nht ti vựng
kho sỏt ng vi mu M
3
ni cú cỏc ht vi cu trỳc xp cht nht, ớt l rng (hỡnh 5) v
sau ú khi tip tc kho sỏt vựng ng vi mu M
4,
M
5
, thỡ mt gm gim nh. Nh
vy, nng MnO
2
ó tỏc ng ln n quỏ trỡnh khuch tỏn pha rn trong quỏ trỡnh
LÊ ANH THI, TRẦN HỒ MINH LUYẾN, VÕ DUY DẦN 153
thiêu kết của hệ KNLNS - Mn vì các ion có bán kính tương đương hoặc nhỏ hơn như
Mn
4+
(
0
53.0

4
Ar
Mn


) của tạp MnO
2
được đưa vào mạng perovskit, ion Mn
4+
sẽ chiếm
vào vị trí B thay thế ion Nb
5+
(
0
64.0
5
Ar
Nb


) hoặc Sb
+3
(
0
76.0
3
Ar
Sb



). Vì ion pha tạp
Mn
4+
có hóa trị dương thấp hơn Nb
5+
nên nút trống oxy được tạo ra trong mạng tinh thể
( xem như là chất nhận - acceptor) để trung hòa về điện. Điều này làm tăng độ linh động
của các ion trong quá trình khuếch tán khi thiêu kết pha rắn và làm biến đổi mạnh mật
độ gốm. Mật độ gốm đạt giá trị cực đại ứng với nồng độ 6% kl MnO
2
nếu tiếp tục tăng
nồng độ thì mật độ giảm đi điều này có thể lý giải là do cấu trúc perovskit được tạo
thành bởi các khối bát diện oxy để giữ tính ổn định, nồng độ phải ở dưới một giới hạn
xác định nên sau khi đạt cực đại thì sẽ có xu hướng giảm nếu chúng ta tiếp tục tăng
nồng độ tạp.
Trong khi đó, mật độ gốm của hệ KNN – Fe - LS giảm khi pha tạp LiSbO
3
, mật
độ gốm của hệ thấp nhất ứng với khi pha tạp 4% mol LiSbO
3
với ρ = 4.17 (g/cm
3
). Sau
đó mật độ gốm tăng khi tiếp tục tăng nồng độ LiSbO
3
và đạt ρ = 4.31 (g/cm
3
) tại 10%
mol LiSbO
3

. Điều này chứng tỏ nồng độ LiSbO
3
có tác động mạnh đến quá trình thiêu
kết gốm hệ gốm nghiên cứu. Trong giới hạn nồng độ khảo sát, mật độ gốm cao nhất ρ =
4.35 (g/cm
3
) tại 2% mol LiSbO
3
. Tuy nhiên trong trường hợp này LiSbO
3
là

một thành
phần trong dung dịch rắn (1-x)(K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– xLiSbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
.
2.3.Cấu trúc của các thành phần hệ gốm KNLNS – x% kl MnO
2
và KNN -
1% mol Fe

2
O
3
– x% mol LiSbO
3

20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200
20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200
20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200

20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200
20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200
20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
1000
1200
M
0
M
1
M
2

M
3
M
4
M
5
Cöôøng ñoä ( a.u)

2
a)
154 Nghiên cứu chế tạo và cấu trúc, vi cấu trúc của các hệ gốm không chì…
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200
400
600
800
1000
1200
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200
400
600
800
1000
1200
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200

400
600
800
1000
1200
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200
400
600
800
1000
1200
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200
400
600
800
1000
1200
45.0 45.5 46.0 46.5 47.0
0
200
400
600
800
1000
1200
M

1
M
0
Cöôøng ñoä (a.u)

M
2
M
3
M
4
M
5

2
b)
Hình 3. a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu M
0
, M
1
, M
2
, M
3,
M
4
, M
5
pha tạp với lượng khác
nhau của MnO

2
, b) đồ thị phóng đại từ 44.5° đến 47° chỉ ra sự thay đổi từ cấu trúc trực thoi
sang cấu trúc tứ giác.
Phân tích cấu trúc cả hai hệ gốm đã chế tạo thông qua giản đồ nhiễu xạ tia X
được biểu diễn ở hình 3a, b đối với hệ KNLNS – x% kl MnO
2
và ở hình 4 đối với hệ
KNN - 1% mol Fe
2
O
3
– x% mol LiSbO
3
.


20
30
40
50
60
70
0
200
400
600
800
1000
1200
20

30
40
50
60
70
0
200
400
600
800
1000
1200
20
30
40
50
60
70
0
200
400
600
800
1000
1200
20
30
40
50
60

70
0
200
400
600
800
1000
1200
20
30
40
50
60
70
0
200
400
600
800
1000
1200
20
30
40
50
60
70
0
200
400

600
800
1000
1200
4%LS
2%LS
0%LS
10%LS
8% LS
6%LS
Cöôøng ñoä
2

(011)
(100)
(110)
(101)
(111)
(200)
(002)
(210)
(211)
(220)

2
Hình 4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu S0, S2, S4, S6, S8, S10 pha tạp với lượng LiSbO
3

khác nhau của hệ KNN – 1% mol Fe
2

O
3
- x% mol LiSbO
3
.
LÊ ANH THI, TRẦN HỒ MINH LUYẾN, VÕ DUY DẦN 155
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X hình 3a cho thấy hệ gốm KNLNS – x% kl MnO
2
đã
chế tạo đều có cấu trúc perovskit thuần túy. Trong mẫu không pha tạp các cấu trúc trực
thoi là pha chủ yếu ở nhiệt độ phòng và thay đổi một phần lớn sang cấu trúc tứ giác
tương ứng với sự gia tăng số lượng các tạp chất MnO
2
. Trong hình 3b thấy có sự thay
đổi cấu trúc ở góc 2θ từ 45° và 47° với sự gia tăng lượng MnO
2
, có

sự chuyển tiếp pha
tứ giác - trực thoi (T
T-O
) ở nhiệt độ thấp hơn cùng với bổ sung lượng MnO
2
.
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X ở hình 4 cho thấy, tất cả các mẫu đều có cấu trúc
perovskit với đối xứng trực thoi. Trong mẫu không pha tạp LiSbO
3
có thêm pha tứ giác
và vết pha lục giác. Nhưng khi pha LiSbO
3

vào thì pha lục giác mất đi. Trong các mẫu
pha lần lượt 2, 10% mol LiSbO
3
chỉ có vết pha đơn tà. Còn các mẫu pha lần lượt 4, 6,
8% mol LiSbO
3
ngoài vết pha đơn tà còn có pha tứ giác. Ngoài ra, các thành phần gốm
đều được pha 1% mol Fe
2
O
3
đã làm xuất hiện sự dịch đỉnh kép (200)/(002) [5] về phía
góc lớn hơn có thể gây ra sự giảm thể tích mạng. Điều này có thể là do các ion Fe
+3

chiếm các vị trí các cation lớn hơn như các ion K
+
hoặc Na
+
bởi vì bán kính ion của K
+
,
Na
+
và Fe
+3
bằng 1,38 Å, 1,02 Å và 0,67 Å tương ứng. Trong trường hợp này các nút
trống vị trí A được tạo nên để duy trì sự cân bằng điện tích trong mạng tinh thể. Đây là
lý do làm cải thiện tính thiêu kết của hệ gốm khi pha 1% mol Fe
2

O
3
.
2.4. Vi cấu trúc của hai hệ gốm đã chế tạo
Hình 5 cho thấy các ảnh SEM của các thành phần hệ gốm KNLNS – x% kl
MnO
2
. Nồng độ tạp cứng Mn
+4

ảnh hưởng mạnh đến vi cấu trúc của gốm, điều này hoàn
toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu mật độ gốm lớn ở mục 2.2. Nói chung các hạt có
hình dạng gần như khối lập phương được xếp khá chặt và ít lỗ rỗng, biên hạt rõ ràng.

(a) x=0%

(b) x=2%

(c) x=4%

(d) x = 6%

(e) x = 8%

(f) x = 9%
Hình 5.Ảnh hiển vi điện tử quét ( SEM) của hệ gốm KNLNS – x% kl MnO
2

156 Nghiên cứu chế tạo và cấu trúc, vi cấu trúc của các hệ gốm không chì…

(a) x=0%

(b) x=2%

(c) x=4%

(d) x = 6%

(e) x = 8%

(f) x = 9%
Hình 6. Ảnh hiển vi điện tử quét các thành phần hệ gốm (K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
– xLiSbO
3
– 1% mol
Fe
2
O
3

Với các mẫu không pha tạp (hình 5 a), có sự phân bố kích thước hạt không đồng
nhất với kích thước hạt trung bình từ 2 – 3 µm nên các hạt có sự phân bố kích thước hạt
lưỡng mốt với các hạt lớn được bao quanh bởi các hạt nhỏ. Phân bố không đều nên các
lỗ hổng tương đối lớn có thể được nhìn thấy ở biên hạt.
Trong các hình 5(b); (c); (d); (e); (f); các mẫu pha tạp với nồng độ MnO

2
khác
nhau ta thấy sự phân bố hạt tương đối khác hẳn so với mẫu không pha tạp do các ion
Mn
4+
là tạp cứng thay thế vị trí Nb
5+
( vị trí B trong perovskit ABO
3
) đã tạo ra các nút
trống oxy để bù trừ điện tích làm kìm hãm chuyển động của các biên hạt. Chúng ta thấy
tại nồng độ x = 6% MnO
2
có ảnh vi cấu trúc các hạt xếp chặt nhất, to đều và không có
lỗ hổng. Điều này khá phù hợp với mật độ gốm cực đại đã đề cập trên.
Từ hình 6 chúng ta thấy rằng nồng độ LiSbO
3
ảnh hưởng mạnh đến vi cấu trúc
của hệ gốm. Nói chung các hạt đều có dạng gần với hình khối lập phương, các biên hạt
rõ ràng với kích thước hạt trung bình từ 2 – 3 µm. Các nồng độ x = 0 % và 6% các hạt
xếp khá chặt chẽ, lỗ rỗng nhỏ hơn. Điều này khá phù hợp với mật độ gốm khá cao như
trong bảng 1b.
3. Kết luận
Từ những kết quả nghiên cứu trên, có thể rút ra một số kết luận sau đây:
- Nhìn chung, có thể sử dụng công nghệ gốm truyền thống để chế tạo các hệ
gốm áp điện không chì trên cơ sở KNN.
- Tuy nhiên quá trình chế tạo phải cần thận trọng trong các khâu sấy khô nguyên
LÊ ANH THI, TRẦN HỒ MINH LUYẾN, VÕ DUY DẦN 157
liệu ban đầu, đặc biệt các oxýt kim loại kiềm hút ẩm lớn như K
2

O, Na
2
O để đảm bảo
hợp thức dung dịch rắn mong muốn sau khi nung sơ bộ.
- Các dung dịch rắn trên cơ sở KNN rất khó tạo thành hoàn hảo, nên cần tiến
hành nghiền và nung sơ bộ hai lần với chế độ như nhau.
- Việc sử dụng nghiền trên máy nghiền hành tinh năng lượng cao P400/2 cả sơ
bộ và trước khi ép thiêu kết rất có hiệu quả trong việc nghiền nhỏ mịn, trộn đồng đều và
có thể tạo nên các phản ứng hóa học tạo dung dịch rắn ngay trong quá trình thực hiện
nghiền trộn.
- Cấu trúc pha của cả hai hệ gốm áp điện nghiên cứu đều là cấu trúc perovskit
thuần túy với đối xứng chính trực thoi và tứ giác.
- Vi cấu trúc của cả hai hệ gốm áp điện nghiên cứu đều cho thấy các hạt gần khối
lập phương xen kẽ là các lỗ hổng và phụ thuộc mạnh vào nồng độ MnO
2
và LiSbO
3
.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. B. Jaffe, W. R. Cook, and H. Jaffe, Piezoelectric Ceramics, Academic Press, London,
1971.
[2]. Barbara Malic, Lead free Piezoelectrics Based on Alkaline Niobates Synthesis,
Sintering and Microstructure, Acta Chim. Slov. 55, (2008), 719-726.
[3]. Ding quan xiao, Progresses and further considerations on the research of perovskite
lead free piezoelectric ceramics, Journal of Advanced Dielectrics, Vol. 1, No. 1, (2011),
33-40.
[4]. Dragan Damjanovic, Naama Klein,Jin Li and Victor Porokhonskyy, What Can Be
Expected From Lead – Free Piezoelectric Materials? Functional Materials Letters,
Vol.3, No.1, (2010), 5-13.

[5]. Han-Na Jl, Yun-Po Ok and Weon – Pil Tal, Joeng-Hyeon Seol and Jae-Shiun Lee,
Preparation of Lead – free (K,Na)NbO
3
– LiSbO
3
Ceramics with High Piezoelectric
constants by FeO Doping, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 56, No. 4,
(2010), 1156 – 1159.
[6]. Henry Ekene Mgbemere, Ralf-Peter Herber, Gerold A. Schneider, Effect of MnO
2
on
the Dielectric and Piezoelectric properties of Alkaline Niobate based Lead-Free
Piezoelectric Ceramics, Journal of European Society, Vol. 29, No.6, (2009), 1729-1733.
[7]. Huidong Li, Sodium Potassium Niobate-based Lead-free Piezoelectric, 2008.
[8]. Ceramics: Bulk and Freestanding Thick Films, A Thesis Submitted to the Faculty of
Drexel University by Huidong Li in partial fulfillment of the requirements for the
158 Nghiên cứu chế tạo và cấu trúc, vi cấu trúc của các hệ gốm không chì…
degree of Doctor of Philosophy.
[9]. Ju”rgen Ro”del, Wook Jo, Klaus T.P. Seifert, Eva-Maria Anton, Torsten Granzow,
Dragan Damjanovic, Perpective on the Development of Lead free Piezoceramics,
J.Am.Ceram. Soc, 92, (2009), 1153-1177.
[10]. Purnsuda Bomlai,Sureewan Sukprasert, Supasarote Muensit and Steven J.Miilne,
Phase Development, Densification and dielectric properties of (0.95-x)Na
0.5
K
0.5
NbO
3
-
0.05LiTaO

3
-xLiSbO
3
lead – Free Piezoelectric Ceramics, Sonklanakarin J. Sci. Technol.
30(6), (2008), 791-797.
[11]. S. Zhang, R. Xia, T. R. Shrout, G. Zang, and J. Wang, Piezoelectric Properties in
Perovskite 0.948(K
0.5
Na
0.5
])NbO
3
–0.052LiSbO
3
Lead-Free Ceramics, J.Appl. Phys,
Vol.100, (2006), 104108 – 104108.
[12]. Takafumi Maeda, Norihoto Takiguchi, Takeshi Morita, Mutstuo Ishikawa, and Tobias
Hemsel, Hydrothermal (K
1-x
,Na
x
)NbO
3
Lead – free Piezoelectric Ceramics, Journal of
the Korean Physical Society, Vol.57, No. 4, (2010), 924-928.


STUDY OF SYNTHESIS AND STRUCTURE, MICROSTRUCTURE OF
LEAD – FREE CERAMIC SYSTEMS BASED ON (K,Na)NbO
3

Le Anh Thi, Tran Ho Minh Luyen, Vo Duy Dan
College of Sciences, Hue University

Abstracts. This paper presents the research findings on technological paremeters and
quality, structures and microstructures of two lead – free piezoelectric systems based on the
(K,Na)NbO
3
( KNN) doped with MnO
2
and LiSbO
3
. Experimental results have showed that
technological parameters of preparing two these lead – free piezoelectric ceramic systems
are almost similar with that for systems based on PZT. However, there is only one very
important defference between the steps of these systems with those used in the systems
based on PZT. The solid solution KNN is rather difficult to form peferctly. In general, after
two times of grinding and calcination of KN and NN in the same amount of time, this solid
sulutions were peferfectly formed. Two lead – free piezoelectric ceramic systems of
(K
0.436
Na
0.5
Li
0.064
)Nb
0.92
Sb
0.08
O

3
– x % wt MnO
2
(KNNLS – Mn) and (K
0,52
Na
0,48
)NbO
3
–
y% mol LiSbO
3
– 1% mol Fe
2
O
3
( KNN- LS-Fe) have been well successfully. The ceramic
densities are rather high: 94,3% - 96,4% of the theoretical density. XRD analysis has
showed that perovstite phases with orthorombic and tetragonal structures are present in
both systems. From the SEM images of both systems, we can see grains with cubic shape
and average grain size of 2 – 3 μm.