Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Tính chất điện môi, sắt điện của hệ gốm PZT-PZN-PMnN" pptx

53
TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011

TÍNH CHẤT ðIỆN MÔI, SẮT ðIỆN CỦA HỆ GỐM PZT-PZN-PMnN
Phan ðình Giớ, Lê ðại Vương
Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế
TÓM TẮT
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo gốm áp ñiện 0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
–(0,35-
x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
– xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(viết tắt là PZT–PZN–PMnN) bằng phương pháp truyền
thống kết hợp với phường pháp columbit. Ảnh hưởng của nồng ñộ PMnN ñến tính chất ñiện môi
và tính chất sắt ñiện của vật liệu ñã ñược nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, tạp

phức PMnN ñã làm thay ñổi tính chất ñiện môi và sắt ñiện của vật liệu. Với nồng ñộ PMnN tăng
hằng số ñiện môi tại nhiệt ñộ phòng giảm, giá trị cực ñại của hằng số ñiện môi giảm ñồng thời
gia tăng ñộ nhòe của dịch chuyển pha sắt ñiện - thuận ñiện. ðộ phân cực dư P
r
giảm và trường
ñiện kháng E
c
tăng khi nồng ñộ PMnN tăng. Ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075 mol, các thông số
về ñiện môi và sắt ñiện của vật liệu như sau: tổn hao ñiện môi tan
δ
= 0,004, hằng số ñiện môi
ε

= 1100, T
m
= 209
0
C và ñộ phân cực dư P
r
= 14,05
µ
C/cm
2
, trường ñiện kháng E
c
= 9,96 kV/cm.

1. Mở ñầu
Gốm Zirconate Titanate Chì Pb(Zr,Ti)O
3

(PZT) là vật liệu áp ñiện quan trọng
ñược sử dụng rộng rãi trong các sensor, bộ cộng hưởng và các bộ lọc. ðể cải thiện các
tính chất ñiện môi, sắt ñiện và áp ñiện của gốm, các thành phần có cấu trúc perovskit
phức trên nền Pb ñã ñược pha thêm vào gốm PZT như Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
,
Pb(Y
2/3
W
1/3
)O
3
, Pb(Mn
1/3
Sb
2/3
)O
3
, Pb(Mg
1/3
Nb
2/3
)O
3
[2, 3]. So với gốm PZT, gốm
nhiều thành phần có những tính chất nổi bật như hằng số ñiện môi cao, vùng chuyển

pha sắt ñiện - thuận ñiện mở rộng, tính chất sắt ñiện và áp ñiện tốt.
Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(PZN) và Pb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(PMnN) là các gốm sắt ñiện
rơlaxo ñiển hình có hằng số ñiện môi lớn và nhiệt ñộ thiêu kết tương ñối thấp [2]. Hệ
vật liệu PZT−PZN ñược nhiều nhà khoa học trong nước và thế giới quan tâm nghiên
cứu trong những năm gần ñây như 0,9PZT−0,1PZN [7], 0,35Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
−
0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
[1, 4] do chúng có hằng số ñiện môi ε lớn, hệ số liên kết ñiện cơ

k
p
lớn, ñộ phân cực dư P
r
lớn. Tuy nhiên, lại có hệ số phẩm chất cơ học Q
m
chưa ñược
cao, tổn hao ñiện môi tanδ tương ñối lớn nên ñã làm hạn chế ứng dụng của chúng trong
các thiết bị công suất như biến thế áp ñiện, mô-tơ áp ñiện, biến tử phát siêu âm công
suất [2, 3]. Vì vậy, cần phải cải thiện hơn nữa các tính chất áp ñiện, nâng cao tính chất
cơ học và giảm tổn hao ñiện môi của gốm PZT–PZN.


54
Một số các công trình nghiên cứu gần ñây ñã chứng tỏ rằng việc ñưa tạp phức
PMnN vào hệ gốm PZT–PZN là một phương pháp hiệu quả nhằm tăng hệ số phẩm chất
cơ học và làm giảm tổn hao ñiện môi ñồng thời cải thiện các tính chất ñiện môi, áp ñiện
và sắt ñiện [2, 3]. Bài báo này trình bày kết quả chế tạo và nghiên cứu các tính chất ñiện
môi, sắt ñiện của hệ gốm 0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
–(0,35- x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3

–
xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
.
2. Thực nghiệm
Gốm ñược chế tạo theo công nghệ truyền thống kết hợp với phương pháp
columbit [1,7] với công thức 0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
–(0,35 - x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
–
xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
. Trong ñó, x = 0,0; 0,05; 0,075; 0,10; 0,125, 0,15 và 0,20 mol (ký

hiệu M
0
, M
1
, M
2
, M
3
, M
4
, M
5
, M
6
)
Nguyên liệu ban ñầu là các oxyt: PbO (99%), ZrO
2
(99%), TiO
2
(99%), Nb
2
O
5

(99,9% Merck), ZnO (99%) và MnO
2
(99%). Quá trình tổng hợp dung dịch rắn PZT–
PZN–PMnN gồm hai giai ñoạn:
Giai ñoạn 1: Chế tạo hợp chất Columbit ZnNb
2

O
6
và MnNb
2
O
6
. Trộn các oxit
(ZnO, Nb
2
O
5
) và (ZnO, MnO
2
) nghiền trong 8 giờ và nung ở nhiệt ñộ 1050
0
C trong 2
giờ ñể tạo thành các columbit ZnNb
2
O
6
và MnNb
2
O
6
tương ứng.
Giai ñoạn 2: Tổng hợp dung dịch rắn PZT-PZN-PMnN. Trộn hỗn hợp Columbit
ñã nghiền 6 giờ với hỗn hợp các oxyt PbO, ZrO
2
, TiO
2

theo tỷ lệ hợp thức ứng với mỗi
mẫu. Hỗn hợp sau khi nghiền trộn 8 giờ, ñược nung sơ bộ tại nhiệt ñộ 850
0
C trong 2
giờ, sau ñó nghiền 16 giờ, ép thủy lực thành những viên có ñường kính 12mm và nung
thiêu kết tại nhiệt ñộ 1150
0
C trong 2 giờ.
Tỉ trọng của gốm ñược xác ñịnh bằng phương pháp Ac-si-met. Sự hình thành
pha của các mẫu ñược nghiên cứu bởi phương pháp nhiễu xạ tia X (D8 ADVANCE),
hình ảnh vi cấu trúc của các mẫu ñược chụp bằng kính hiển vi ñiện tử quét (HITACHI
S-4800). Các mẫu gốm ñược tạo ñiện cực bằng bạc và phân cực trong dầu silicon tại
nhiệt ñộ 130
o
C, ñiện trường 30 kV/cm trong 15 phút.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Mật ñộ gốm PZT-PZN-PMnN
Hình 1 biểu diễn sự phụ thuộc của mật ñộ gốm theo nồng ñộ PMnN. Mật ñộ
gốm trung bình tăng khi nồng ñộ PMnN tăng và ñạt giá trị lớn nhất (7,81 g/cm
3
) ứng
với nồng ñộ PMnN là 10% mol, sau ñó giảm ứng với nồng ñộ PMnN tăng.


55
0 5 10 15 20
7.55
7.60
7.65
7.70

7.75
7.80
7.85
MËt ®é (g/cm
3
)
Nång ®é PMnN (%mol)

Hình 1. Sự phụ thuộc của mật ñộ gốm vào nồng ñộ PMnN
Từ ảnh SEM (Hình 2) của các mẫu cho thấy vi cấu trúc của các mẫu khá ñồng
ñều và các hạt xếp chặt. Kích thước hạt trung bình của các mẫu giảm dần khi nồng ñộ
PMnN tăng và ñạt giá trị nhỏ nhất là 0,65µm ứng với mẫu M
3
. Mẫu M
3
có kích thước
hạt nhỏ nhất, các hạt xếp chặt và ñồng ñều nên mẫu này có mật ñộ lớn nhất (7,81
g/cm
3
). Tuy nhiên, khi nồng ñộ PMnN tiếp tục tăng, kích thước tăng lên, biên hạt không
rõ ràng, ñộ xốp lớn (M
4
) vì thế các mẫu có mật ñộ gốm giảm.
Hình
Hình 2. Ảnh vi cấu trúc của các mẫu M
0
, M
1
, M
2

, M
3
và M
4
3.2. Tính chất ñiện môi của gốm PZT-PZN-PMnN
Hình 3 biểu diễn sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi ε và tổn hao ñiện môi tanδ
theo nồng ñộ PMnN tại nhiệt ñộ phòng và tại tần số 1kHz. Hằng số ñiện môi giảm dần
khi nồng ñộ PMnN tăng từ 5% mol ñến 20% mol. Tổn hao ñiện môi tanδ giảm khi nồng
ñộ PMnN tăng và ñạt giá trị cực tiểu (tanδ = 0,004) ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075
mol (M
2
), sau ñó tanδ tăng theo nồng ñộ PMnN tăng. ðiều này có thể giải thích là do
M
2
M
1
M
0
M
4
M
3



56
PMnN là tạp phức cứng, khi ñưa PMnN vào hệ PZT-PZN, các ion Mn sẽ thay thế vào vị
trí B (Ti
4+
và Zr

4+
) trong cấu trúc perovskit. ðể bù trừ ñiện tích trong mạng tinh thể có
sự tạo ra các vacancy oxy. Các vacancy oxy này sẽ gây nên biến dạng ñịnh xứ mạng
tinh thể và ngăn cản sự chuyển ñộng của các ñômen. Kết quả là ñiện trở suất giảm, ñộ
dẫn tăng, do ñó hằng số ñiện môi và tổn hao ñiện môi giảm. Tuy nhiên, khi ñưa PMnN
vào hệ PZT-PZN vượt quá giới hạn hòa tan, chúng không thay thế vào vị trí B trong cấu
trúc perovskit mà chảy ra biên và làm giảm tính chất ñiện môi của vật liệu. Do ñó, tổn
hao tanδ tăng khi nồng ñộ PMnN lớn hơn 7,5 % mol.
0 5 10 15 20
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800

2000
2200
2400
Tæn
h
ao ®iÖn m«i tanδ
Nång ®é PMnN (%mol)
H»ng sè ®iÖn m«i
ε

50 100 150 200 250 300
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
NhiÖt ®é T (
0
C)

0
1
2
3
4
5
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
0
1
2
3
4
5
M0
M1
M2
M3
M4
M5
Tæn hao tan
δ


Hình 3.
Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi
và tổn hao ñiện môi vào nồng ñộ PMnN ño ở
nhiệt ñộ phòng và tại 1kHz
Hình 4.
Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi và

tổn hao ñiện môi vào nhiệt ñộ của các mẫu ño
tại tần số 1KHz
Trên hình 4 là sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi
ε
và tổn hao ñiện môi tan
δ

vào nhiệt ñộ của các mẫu ño tại tần số 1kHz. Như ñã thấy, phổ hằng số ñiện môi
ε

không có ñỉnh cực ñại sắc nét và khi nhiệt ñộ T > T
m
, quan hệ
)(T
ε
cũng không tuân
theo ñịnh luật Curie-Weiss như thường thấy ở các vật liệu sắt ñiện bình thường. Khi
nồng ñộ PMnN tăng ñỉnh cực ñại của hằng số ñiện môi càng mở rộng theo kiểu ñặc
trưng chuyển pha nhòe của các vật liệu sắt ñiện relaxo và có giá trị giảm dần.
Hình 5 biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt ñộ T
m
(nhiệt ñộ ứng với giá trị hằng số
ñiện môi cực ñại
ε
max
) của hệ gốm vào nồng ñộ PMnN. Như ñã thấy, nhiệt ñộ T
m
giảm
khi nồng ñộ PMnN tăng. Do Pb(B
1

2+
1/3
B
2
5+
2/3
)O
3
có ñược tính sắt ñiện là nhờ sự di trú
tự phát của ion B
1
2+
vào tâm bát diện ôxy, nên T
m
cao có nghĩa là cần phải có ñộng năng
chuyển ñộng nhiệt lớn ñể phá hủy tính sắt ñiện. ðiểm nóng chảy của MnO, ZnO, và
ZrO
2
lần lượt là 1650
0
C, 1975
0
C và 2677
0
C, tức là năng lượng liên kết của cầu Mn–O
nhỏ hơn so với cầu Zn–O và cầu Zr–O [3]. Nhiệt ñộ T
m
của PMnN là 160
0
C, nhỏ hơn so

với nhiệt ñộ T
m
của PZT-PZN (T
m
> 250
0
C [1, 4]). Do ñó, khi pha PMnN vào hệ PZT-
PZN, nhiệt ñộ T
m
của hệ PZT-PZN-PMnN giảm dần ứng với nồng ñộ PMnN tăng dần.
ðể chứng minh trạng thái chuyển pha nhòe của hệ vật liệu, chúng tôi sử dụng
ñịnh luật Curie – Weiss mở rộng, biểu diễn mối liên hệ giữa hằng số ñiện môi và nhiệt
ñộ ở vùng nhiệt ñộ trên T
m
như sau:


57
(
)
'
11
max
C
TT
m
γ
εε
−
=−

(2) hay
( )
'lnln
11
ln
max
CTT
m
−−=








−
γ
εε
(3)
trong ñó, C’ là hằng số Curie – Weiss mở rộng, γ ñặc trưng cho ñộ nhòe
)21(
<
<
γ
. ðồ
thị biểu diễn mối liên hệ giữa ln(1/ε – 1/ε
max
) và ln(T – T

m
) ñược mô tả trong hình 6.
ðường làm khớp cho thấy sự phù hợp khá tốt giữa số liệu thực nghiệm và hệ
thức (3). Giá trị γ của tất cả các hệ mẫu ñều nằm trong khoảng từ 1 ñến 2 ñã chứng minh
một cách rõ ràng về sự chuyển pha nhòe. Chính sự bất trật tự trong việc phân bố các ion
ở vị trí B trong cấu trúc perovskit ABO
3
ñã hình thành sự chuyển pha khuếch tán, mà tại
ñó ñiểm Curie ñịnh xứ của các vùng phân cực vi mô ñược phân bố thống kê xung quanh
một nhiệt ñộ T
m
xác ñịnh.
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Nång ®é PMnN (% mol)
NhiÖt ®é T
m
(
0
C)
Hình 5. Sự phụ thuộc của nhiệt ñộ T

m
của
hệ gốm vào nồng ñộ PMnN
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-1 0 1 2 3 4 5
M
0
:
γ
= 1.719
M
1
:
γ
= 1.849
M
2
:
γ
= 1.853
M
3

:
γ
= 1.924
M
4
:
γ
= 1.940
M
5
:
γ
= 1.944
ln(1/
ε
-1/
ε
max
)
ln(T-T
m
)
§−êng thùc nghiÖm
§−êng lµm khíp
M
0
M
1
M
2

M
3
M
4
M
5
Hình 6. Sự phụ thuộc của ln(1/
ε
-1/
ε
max
) theo
ln(T-T
m
) tại T
>
T
m
của các mẫu
Kết quả làm khớp còn cho thấy rằng, khi thành phần PMnN tăng, hệ số γ tăng
theo, nghĩa là tính bất trật tự tại vị trí B trong vật liệu PZT-PZN-PMnN gia tăng theo
thành phần của PMnN. Sự bất trật tự trong cấu trúc tinh thể là một ñặc tính rất quan
trọng và phức tạp của các chất sắt ñiện rơlaxo. Có thể giải thích rằng, sự khác biệt ñáng
kể cả về bán kính ion và hóa trị của Mn
2+
so với Nb
5+
, Zr
4+
và Ti

4+
ñã làm cho ñộ bất
trật tự trong hệ vật liệu PZT-PZT-PMnN là tương ñối lớn. Do ñó, khi thành phần PMnN
tăng (ñồng thời thành phần PZN giảm), sẽ làm gia tăng tính bất trật tự trong hệ vật liệu
PZT-PZT-PMnN tức gia tăng ñộ nhòe γ.
Các nghiên cứu về sự phụ thuộc tính chất ñiện môi vào tần số của trường ngoài
ñược tiến hành thông qua khảo sát sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi ε vào nhiệt ñộ của
các mẫu tại các tần số khác nhau 1kHz, 10kHz, 100kHz và 1MHz. Kết quả ñược biểu
diễn ở hình 7.
Tương ứng với sự gia tăng tần số ño, giá trị cực ñại của hằng số ñiện môi ε
max

giảm, trong khi nhiệt ñộ ứng với cực ñại ε
max
dịch chuyển về phía nhiệt ñộ cao hơn, ñiều
này trái với các sắt ñiện bình thường như PbTiO
3
, ở ñó giá trị ñỉnh của ε gần như không
thay ñổi theo nhiệt ñộ khi tần số tăng. Kết quả trên cho thấy rằng, các tính chất ñiện môi


58
phụ thuộc mạnh vào tần số của trường ngoài tức có sự tán sắc ñiện môi [1, 5, 6]. ðây là
một ñặc trưng quan trọng của vật liệu relaxo và ñược giải thích theo mô hình thủy tinh
spin [5].
0
2000
4000
6000
8000

10000
12000
14000
50 100 150 200 250 300 350
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Tæn hao tan
δ

H»ng sè ®iÖn m«i
ε
NhiÖt ®é T (
0
C)
M0
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

50 100 150 200 250 300
0
1000
2000
3000
4000

5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
50 100 150 200 250 300
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Tæn hao tanδ
NhiÖt ®é T (
0
C)
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
M1
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

0.0
0.1
0.2

0.3
0.4
0.5
50 100 150 200 250 300
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
NhiÖt ®é T (
0
C)
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
Tæn hao tan
δ
M2
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

50 100 150 200 250
0.0

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
Tæn hao tan
δ
NhiÖt ®é T (
0
C)
M3
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

0

1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
50 100 150 200 250
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
NhiÖt ®é T (
0
C)
Tæn hao tan
δ
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
M4
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

0
1000

2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
50 100 150 200 250
0.0
0.1
0.2
0.3
NhiÖt ®é T (
0
C)
M5
Tæn hao tan
δ
H»ng sè ®iÖn m«i
ε
1KHz
10KHz
100KHz
1000KHz

Hình 7. Sự phụ thuộc của hằng số ñiện môi theo nhiệt ñộ tại các tần số khác nhau
Hệ thức Vogel - Fulcher [5] ñã ñược sử dụng ñể mô tả trạng thái thủy tinh - phân
cực trong hệ vật liệu:

59








−
−=
fm
TT
T
ff
0
0
exp
(4) hay
fm
TT
T
LnfLnf
−
−=
0
0
(5)
Trong ñó, T
f

là nhiệt ñộ ñông cứng của các vùng phân cực vi mô trong vật liệu.
Các ñường cong làm khớp số liệu thực nghiệm với hệ thức Vogel - Fulcher ñược biểu
diễn trên hình 8.
250 260 270 280 290
6
8
10
12
14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
y = A - B/(x-C)
A 19.08747±0.09995
B 315.54646±7.57163
C 225.98531±0.40956
Ln(f) (Hz)
NhiÖt ®é T
m
(
O
C)
M0

220 224 228 232 236
6
7
8
9

10
11
12
13
14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
NhiÖt ®é T
m
(
O
C)
Ln(f) (Hz)
y = A - B/(x - C) )
A 19.99034±0.82078
B 195.08923±33.83247
C 205.50987±1.59459
M1

208 210 212 214 216 218 220 222
6
7
8
9
10
11
12
13

14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
Ln(f) (Hz)
NhiÖt ®é T
m
(
O
C)
y = A - B/(x - C)
A 20.22896±3.28266
B 158.54796±107.8156
C 196.50766±4.93027
M2

200 205 210 215 220 225
6
7
8
9
10
11
12
13
14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
NhiÖt ®é T
m
(
O
C)
y = A - B/(x-C)
A 22.21369±0.84507
B 453.60566±66.18424
C 170.19232±2.68564
Ln(f) (Hz)
M3

190 195 200 205 210 215 220
6
7
8
9
10
11
12
13
14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
NhiÖt ®é T
m
(

O
C)
Ln(f) (Hz)
y = A - B/(x - C)
A 22.07042±1.4943
B 486.83546±127.23999
C 158.44457±5.24145
M4

170 175 180 185 190
6
7
8
9
10
11
12
13
14

§−êng thùc nghiÖm

§−êng lµm khíp
NhiÖt ®é T
m
(
O
C)
Ln(f) (Hz)
y = A - B/(x- C)

A 19.64543±1.43201
B 236.70872±75.00831
C 150.65806±3.7931
M5

Hình 8. ðường thực nghiệm và ñường làm khớp với hệ thức Vogel – Fulcher của các mẫu


60
3.3. Tính chất sắt ñiện của gốm PZT-PZN-PMnN
Hình 9 là dạng ñường trễ sắt ñiện của các mẫu gốm ño bằng phương pháp
Sawyer-Tower. ðường trễ có dạng ñặc trưng của vật liệu sắt ñiện.
-40
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
-30
-20
-10
0
10
20
30
E
c
(kV/cm)
P
r
(µC/cm
2
)
M0

M1
M2
M3
M4
M5

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
6
9
12
15
0
5
10
15
20
25
Nång ®é PMnN (% mol)
§iÖn tr−êng kh¸ng E
c
(
kV/cm
)
Ph©n cùc d− P
r
(
µ
C/cm
2
)

Hình 9. Dạng ñường trễ của các mẫu M
0,
M
1
, M
2
, M
3
, M
4
và M
5
Hình 10
.
Sự phụ thuộc của ñiện trường
kháng và phân cực dư vào nồng ñộ PMnN
Từ dạng ñường trễ của các mẫu, ñộ phân cực dư P
r
và trường ñiện kháng E
c
ñã
ñược xác ñịnh. Hình 10 biểu diễn sự phụ thuộc của ñộ phân cực dư P
r
và trường ñiện
kháng E
c
của các mẫu theo nồng ñộ PMnN. Với nồng ñộ PMnN tăng, tính cứng của vật
liệu tăng nên trường ñiện kháng tăng và phân cực dư giảm.
4. Kết luận

Ảnh hưởng của PMnN lên các tính chất ñiện môi và sắt ñiện của hệ gốm
0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
–(0,35 - x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
–xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
ñã ñược nghiên
cứu. Các kết quả như sau:
- Chế tạo thành công hệ gốm 0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
- (0,35-x)Pb(Zn
1/3
Nb

2/3
)O
3
-
xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
có mật ñộ khá cao từ 7,67 g/cm
3
ñến 7,81 g/cm
3
.
- Hằng số ñiện môi tại nhiệt ñộ phòng giảm khi nồng ñộ PMnN tăng. Tổn hao
ñiện môi giảm và ñạt giá trị bé nhất là tanδ = 0,004 ứng với nồng ñộ PMnN là 0,075
mol.
- Sự dịch chuyển pha sắt ñiện - thuận ñiện xảy ra trong hệ gốm PZT-PZN-PMnN
là chuyển pha nhòe ứng với vật liệu relaxo. Khi nồng ñộ PMnN tăng, ñỉnh cực ñại của
hằng số ñiện môi giảm và càng mở rộng, ñộ nhòe gia tăng, nhiệt ñộ T
m
giảm. Các tính
chất ñiện môi phụ thuộc mạnh vào tần số của trường ngoài (có hiện tượng tán sắc ñiện
môi).
- ðường trễ sắt ñiện các mẫu ñều có dạng ñặc trưng của vật liệu sắt ñiện. ðiện
trường kháng và phân cực dư ñều phụ thuộc vào nồng ñộ PMnN.


61

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phan ðình Giớ, Hoàng Thị Minh Tâm, Một số tính chất ñiện môi và sắt ñiện của hệ
gốm PZN-PZT pha tạp La, Tạp chí Khoa học ðại học Huế, 58, (2010).
[2]. Feng Gao, L. Cheng, R. Hong, J. Liu, C. Wang and C. Tian, Crystal structure and
piezoelectric properties of xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
– (0.2 − x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
–
0.8Pb(Zr
0.52
Ti
0.48
)O
3
ceramics, Ceramics International 35, (2009), 1719–1723.
[3]. 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), 455–460.
[4]. Phan Dinh Gio, Vo Duy Dan, Some dielectric, feroelectric, piezoelectric of 0.35PZN-
0.65PZT ceramic, Journal of Alloys and Compounds, (2006).
[5]. Pirc R., Blinc R, Vogel-fulcher freezing in relaxor ferroelectrics, Physical review b 76,

(2007).
[6]. Samara G. A., Venturini E. L., Ferroelectric relaxor crossover in ompositionally
disordered perovskites, Phase Transitions, Vol. 79, (2006), 21–40.
[7]. Vittayakorn N., Bongkarn T., Phase Formation and Crystal Structure of 0.9PZT-
0.1PZN Powders Prepared by Columbite Precursor, NU Science Journal, 2(2), (2006),
157 – 164.

DIELECTRIC AND FERROELECTRIC PROPERTIES
OF PZT-PZN-PMnN CERAMICS
Phan Dinh Gio, Le Dai Vuong
College of Sciences, Hue University
SUMMARY
This paper presents the results of research and manufacture of the
0,65Pb(Zr
0,47
Ti
0,53
)O
3
–(0,35- x)Pb(Zn
1/3
Nb
2/3
)O
3
– xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O

3
(PZT–PZN–PMnN)
ceramics by using the columbite precursor method and the conventional method. The effect of
concentration of PMnN on dielectric and ferroelectric properties of the material was studied.
The experimental results showed that complex PMnN doping has changed the dielectric and
ferroelectric properties of the specimens. With content of PMnN increased, the dielectric
constant
ε
at room temperature decreased, the value of dielectric constant maximum decreased
remarkably and the degree of diffuse phase transition enhanced. The remanent polarization P
r

decreased, E
c
increased when PMnN concentrations increased. At 0,075% mol PMnN, dielectric
and ferroelectric parameters are as follows: tan
δ
= 0,004,
ε

= 1100, T
m
= 209
0
C, P
r
= 14,05
µ
C/cm
2

, E
c
= 9,96 kV/cm.