Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của một số màng áp điện

DAI HOC QUOC
GIA
HA
NOI
DETAI
CHE TAO VA NGHIEN
ClTU
CAC
TINH
CHAT
CUA MOT
so
MANG AP
DIEN
Ma
so: QC.08.09
Chii nhiem de tai: TS. Pham
Due Th^ng
DAI HOC QUOC GIA HA
N6I
Tf?UNGTAM
THONG TIN THU
VIEN
0O06Q0OOGZ3
Ha
Ngi,
nam
2010
MUC
LUC
Trang

1.
Bang giai
thich
cac chir viet tat 1
2.
Danh sach
nhung ngu-oi tham
gia
thyc
hien de tai
2
3.
Danh
muc
cac bang so lieu 3
4.
Danh muc cac
hinh
3
5. Tom
tdt nhu-ng
ket qua nghien
cuu chinh
cua de tai 4
6. Bao cao tong ket 6
6.1 Dat van de 6
6.2 Tong quan cac van de nghien cuu 7
6.2.1 Hieu
ung
ap dien va vat lieu cau

true
perovskite 7
6.2.2.
Tinh
chat dien va sat dien cua
BaTiOs
8
6.2.3.
Mot so
I'rng
dung 9
6.3.
Muc tieu va noi dung nghien cuu cua de tai 9
Phan
I. CAC
PHLTONG
PHAP CHE TAO MAU
10
1.1.
Bot
BaTi03
kich
thuoc
nanomet 10
1.2.
Vat lieu
BaTiOs
dang kh6i 10
1.3.
Mang vat lieu BaTiOs

10
PHAN
II.
CAC PHU'ONG PHAP
KHAO
SAT CAC TINH CHAT
12
PHAN III. KET QUA NGHIEN
ClTU
14
III.
1.
He
BaTi03
dang hot va kh6i 14
III.2.
Vat lieu
BaTi03
dang mang 22
III.3
Mo hinh hoa mot so tinh chat cua vat lieu cau
true
ABO3 25
III.4.
He bang
tu
Finemet 25
KET LUAN CHUNG 26
6.4. Dia diem,
thoi

gian va
phuo"ng
phap nghien cuu 27
6.5.
Ket qua nghien cuu 27
6.6 Thao
luan
28
6.7 Ket luan va kien nghi 29
6.8 Tai lieu tham khao 29
7.
Phuluc
30
1.
BANG GIAI THICK CAC
CUlf
VIET TAT
1.1 Thiet bi,
phucng
phap
thuc
nghiem
XRD X-ray diffractometer
SEM Scanning electron microscopy
BTO Barium titanate
BaTi03
DRAM Dynamic random access memory
FeRAM Ferroelectric random access memory
NVRAM Non-volatile random access memory
MLC Multilayer ceramic capacitor

MEMS Micro electromechanical systems
1.2 Cac
ki
hieu khac
e
V
p
Pr
Tc
^
pu
Ipu
Goc nhieu xa tia X
(°)
Dien the ngoai (V)
Do phan
circ
dien
(|iC/cm^)
Do phan cue dien
du
(|j.C/cm^)
Nhiet do Curie cua chat sat dien
CC)
Nhiet
dp
phan ung
Thai gian phan ung
2.
UAJ>H SACH iMiUiNO i>Gl/6fI

THAM GIA THUC HIEN DE TAI (hoc ham,
hoc vi, ca quan cong tac)
- Chu nhiem:
Pham
Due
Thang, Tien sy
Khoa Vat
ly
ky thuat va Cong nghe nano,
truong
Dai hoc Cong nghe, Dai hoc
Quoc gia
HaNpi.
- Nhung nguai thuc hien:
TT
1
2
3
4
5
6
Ho va ten
Nguyen Huu
Due
Do Thi Huong Giang
Tran Mau Danh
Nguyen Thang Long
Bui Dinh Tu
Nguyen
Hu"u

Tuan
Hoc vi
GS.
TS.
TS.
TS.
TS.
ThS.
CN.
Co*
quan cong tac
Dai hpc Quoc gia Ha Npi
DH Cong nghe, DHQGHN
DHCN - DHQG HN
DHCN - DHQG HN
DHCN - DHQG HN
DHCN - DHQG HN
3.
DANH MUC CAC BANG SO LIEU
Bang I.
Sir
phu thupc cua ciu true va hang so mang tinh the cua BTO vao thai gian
tpu
Bang 2.
Sir
phu thupc cua cau true va hang so mang tinh the cua BTO vao nhiet dp
Tp^
4.
DANH MUC CAC HINH
Hinh 1. Hieu ung ap dien dual tac dung cua ung suat ngoai

Hinh 2. 6 dan
vj ciia
cau
true
tinh the perovskite
BaTtOs
Hinh 3.
Sir
phu thupc cua cau true tinh the cua vat lieu
BaTi03
vao nhiet dp
Hinh 4. So do nguyen ly cua
phuang
phap "bar-coating"
Hinh 5.
Thiit
bi XRD D8 Advance Bruker AXS
Hinh 6.
Th\k
bi do LCR PM3550 Tegam
Hinh 7. Thiet bi do Radiant Precision
LCIO
Hinh
8. Gian do nhieu xa tia X cua mau bpt BTO theo
tpj
khac nhau
Hinh 9. Anh SEM cac mau BTO
dupe
tong hgp theo thai gian
tp^f

khac nhau
Hinh
10.
Su phu thupe kich thuac hat BTO theo thai gian
tpLjkhac
nhau
Hinh
11.
Sir
phu thupc cua hang so dien moi vao thai gian
tpijkhac
nhau
Hinh 12. Duong cong dien tre cua mau BTO che tao
aTpu = 150 "^C
Hinh 13. Dong do theo thai gian do cua BTO vai
tpij=7
gia,
TpLr= 150°C
(a) va
tp^^^lO
gia,Tp,= 150°C(b)
Hinh 14. Gian do nhieu xa tia X cua mau bpt BTO theo nhiet dp
Tpu
khac nhau
Hinh
15.
Anh SEM cac mau BTO
dupe
tong hgp theo nhiet dp
Tpu

khac nhau
Hinh 16. Su phu thupe kich thuac hat
BTO
theo nhiet dp
Tpu
khac nhau
Hinh 17.
Sir
phu thupe cua hang so dien moi vao nhiet dp
Tpu
khac nhau
Hinh
18.
Duong cong dien tre
ciia
mau BTO che tao
trongtpu =
7 gia
Hinh 19. Anh cac mau mang BTO-epoxy vai eae ham
lugng
khac nhau
Hinh 20. Gian
66
nhieu xa tia X cua cac mang BTO-epoxy vai cac ham lugng khac
nhau
Hinh 21. Anh SEM cua mang BTO-epoxy vai 10% BTO
Hinh 22. Hang so dien moi cua cac mang
BaTiOs-epoxy
vai cac ham
lupng

khac nhau
Hinh 23. Anh SEM cua bang
tir
Finemet
5. RESEARCH SUMMARY
5.1.
Research results
a. Main results:
- Study on the fabrication process of
BaTiOs
nano-sized particles, bulk and
film
by using hydrothermal and bar-coating methods, respectively.
- Investigation of the effects of reaction temperature and
time,
and
concentration on crystallographic structure, microstructure and electrical
properties of the synthesized materials.
- Study on some properties of Finemet ribbon.
b.
Publications:
- Pham
Due
Thang. Ho Thi Anh. Hat nano sat dien
BaFiOj:
che tao
\a
nghien cuu mot so tinh chat dac
tru'ng,
Tuyen tap Hoi nghi Vat ly chat ran va

Khoa hoc \at lieu toan quoc
Ian
thu
6.
Da Nang
8-10/11/2009.
- Pham
Due
Thang, Nguyen Ba Doan, Mo phong mot so
tinli
chat cua \at
lieu multiferroic
BiMnOs
bang phuang phap gan dung truang trung
binli.
Tuyen tap Hoi
nghj
Vat ly chat ran va Khoa hoc vat lieu toan quoc
Ian
thu 6.
Da Nang
8-10/11/2009.
-
Pham
Due Thang, Hoang Hai Duong and Nguyen Hoang Nghi. Magnetic
and sensitive magneloelastic properties
of
Finemet nanostructured ribbon.
Journal of Physics: Conference Series 187 (2009) 012062.
5.2.

Technological products/practical application
5,3i,
Training
a. Number of undergraduate students involved in the project: 02.
b.
Number of postgraduate students
in\"ol\ed
in the project: 01,
c. Number
*.")f
graduate theses: 02.
-
r'
graduate thesis:
Stud}'
on fabrication of
peroxskiie ferroelecinc
powders.
Siudeni
name: Ho Thi Anh
Baich:
QHO005-I
CQ-V
M:i|t't"
ilcid rninor
fieki;
Engineering [ih;'^ics
Nanotcchnol'>u\
- 2'
' uraduaie

lliesis-
Modehng bL)nie pr.'pcrue > of
nuiliilcrruu:
BlMn(J-,.
Student name: Nguyen Ba Doan
Batch:
QH-2005-I/CQ-V
Major field/minor field: Engineering physies/Nanotechnology
5.4. Capacity strengthening
- Improvements of scientific research and knowledges on fabrication of
piezoelectric-ferroelectric powders, bulk and
film
for the members of the
research group.
- Improvements of academic degrees for some members participated in the
project.
6. BAO CAO TONG KET
6.1.
Dat van de (Neu ro tinh cap thiet cua de tai hoae cac npi dung nghien cuu cua de tai)
Trong so cac vat lieu ap dien-sat dien, Barium titanate
BaTi03
la vat lieu c6
hang so dien moi
Ian,
c6 the dao dong tu 1000 den 2000 a nhiet dp
25°C
va c6 the
len
den gia tri 10 a gan nhiet dp Curie (nhiet dp Curie cua
BaTi03 la Tc =

I20°C).
BaTi03
da va dang dugc cac nha khoa hoc tren the giai quan tam nghien cuu do kha
nang co the ung dung trong cac nganh cong nghiep dien va dien tu. Mot so ung
dung dang ehu y cua vat
lieu BaTi03
nhu dung lam tu dien cho bp nha may tinh
NVRAM, DRAM va sau nay la FeRAM, che tao tu dien gom da lap MLC, [1 va
cac tai lieu trich dan]. Hat
BaTiOs
a kich ca nanomet co the dugc phan tan trong
nen polymer de che tao cac cam bien nhiet hoae
khi.
Nghien cuu che tao cac vat lieu ap dien-sat dien cau true miero-nano noi
ehung cung nhu
BaTi03
noi rieng
luon
la mot van de ly thu. Tuy nhien hien nay tai
Viet Nam cac nghien cuu ve vat lieu nay thuang chi tap trung a cac vat lieu dang
khoi va gan day la dang bpt. Co nhieu phuang phap de tong hgp
BaTi03:
doi vai
vat
lieu
a dang khoi va bpt co the ke den cac phuang phap nhu phan ung pha ran,
sol-gel, thuy phan nhiet, dong ket
tua,

[2-5].

Tuy phuang phap phan ung pha ran
de thuc hien nhung co nhuge diem la kich thuac hat khong dong deu,
Ian
ban
micromet va thuong chua nhieu tap chat nhu cacbonat, silieat. Cac tap chat khong
mong muon nay se lam giam cac
tinh
chat vat ly va dp ben cua vat lieu. Trong so
cac phuang phap boa hpc, phuang phap thuy phan nhiet co nhieu
iru
diem nha vao
kha nang de kiem soat thanh phan vat lieu qua
viee
thay doi ty
le
ban dau Ba:Ti, san
pham bot c6 dp dong nhat ve ca thanh phan va cau true, cac hat
BaTi03
thu dugc c6
kich thuac nho ban micromet.
Doi vai vat lieu dang mang, cac phuang phap Vat ly thuang chiem uu the, vi
du boc bay bang laser
xung,
phun xa,
LTU
diem cua eae ky thuat nay la cho phep
tao dugc eae mang mong vai dp day
tir
vai ehue den vai tram nm cung nhu cho
phep tao cac mang to hgp dang nhieu lap. Nhung nhuge diem do la cac trang thiet

bi
sir
dung
ciang
nhu chi phi van hanh nhin chung kha ton kem. Doi vai cac truang
hgp tao mang day ca vai ehue den 100
j^m,
phuang phap
"bar-coating"
thuang
dugc su dung do thiet bi dan gian va de van hanh. Tuy nhien mot diem can
luu
y la
vat
lieu
ban dau
sir
dung trong phuang phap nay phai co thanh phan phu hgp nhu
thanh phan danh dinh cua mang can che tao.
6.2. Tong quan cac van de nghien cuu (Can trinh bay nhu mot bao cao khoa hpc, neu
bat nhung van de da nghien cuu,
nhiing
phuang phap da ap dung cho cac nghien cuu
truac,
chi ro de tai quan tam nghien cuu va giai quyet nhung van de gi, nham dong gop gi)
6.2.1 Hieu
irng
ap dien va vat lieu cau
true
perovskite

Hieu ung ap dien (piezoelectric effect) dugc phat hien vao nam 1880 bai
Jacques va Pierre Curie, la hien tugng khi mot vat lieu
chiu
tac dung cua ung suat
keo hoae nen se xuat hien
sir
phan cue dien cam ung (xem hinh I).
Nguge
lai,
vat
lieu
CO
the bi bien dang dai ra hoae ngan lai khi dat trong dien truang ngoai tuy
thupc vao chieu
giiia
dien truang ngoai va veeta phan cue dien cua vat lieu. Trong
hien tugng nay, tren hai mat doi dien cua vat lieu se xuat hien mot hieu dien the ti le
vai ung suat tac dung vao [1]:
U~g33.a
(1)
vai
g33
la he so ap dien (piezoelectric coefficient) dac trung cho
timg
vat
lieu
va
cr
la
ung suat tac dung

(cr>
0 neu la ung suat keo,
a
< 0 neu la ung suat nen).
Nen
Ci;4j&
(a) (b) (c)
Hinh LHieu
I'mg
dp dien dual tac dung cua
img
suat ngoai
Hieu ung ap dien dugc quan sat thay tren nhieu vat lieu tinh the nhu
thach
anh,
NaKC4H406
(potassium sodium tartrate), cac muoi Rochelle, Tuy nhien hieu ung
tren cac vat lieu nay nhin ehung la nho. Vai eae vat lieu gom co cau true tinh the
perovskite thi hieu ung ap dien
Ian
ban nhieu. Nha dac tinh nay nen cac vat lieu
g5m
ap dien da dugc nghien cuu manh me va dua vao ung
diing
rpng rai trong
nhi8u ITnh virc
nhu cong nghe dien va dien tu (mang rung, tu dien, cam bien, ).
Perovskite la ten gpi chung cua cac vat lieu gom co cau true tinh the giong
canxi
titanate

CaTiOs.
Cong thuc phan tu chung cua eae hgp chat perovskite la ABO3 vai
A va B la cac ion duang (cation) co ban kinh khac nhau. 0 vi tri cua ion Oxy
(anion), co the la mot so nguyen to khac, nhung pho bien nhat van la oxy (xem hinh
2 cho
BaTi03).
Tuy theo
loai
nguyen to
a
vi tri B ma eo the phan thanh nhieu ho
khac nhau, vi du nhu ho manganite, hp eobaltite,
o^
Ba
O
02-
Hinh
2.
O
dan vi
cua cau true tinh the perovskite BaTiOj
6.2.2. Tinh chat dien va sat dien cua
BaTiOj
Tinh the cau
true
perovskite chi ton tai a trang thai ly tucmg trong mot so dieu
kien nhat dinh. Trong tu nhien, tai dieu kien binh thuang, cac tinh the gom
perovskite co the co
sir
xe dich ve mat cau true, khien

6
ca sa eua no khong eon
thupe he mang lap phuang
niia.
Vi du vai
BaTi03
ban kinh cua cation A nho,
khong lap day kich thuac trong
giiia
cac khoi 8 mat lap bai anion O, dan den cation
A khong
CO
dugc lien ket ben vung vai 12 anion O. Trong truang hgp nay, mang
tinh the se bi keo dan theo mot phuang de cation A co the lien ket vung vai cac
anion
O.
Cu the, 6 ca so se bien dang tu hinh lap phucmg thanh tu giae, ti so c/a
thay doi (e
=
0.403 nm, a = 0.398 nm). Ngoai ra, khoi tam mat lap bai 8 anion
O
cQng
bi xe dich xuong khoang 0.009 nm so vai cac mat cua hinh hop
tir
giae, cation
B nam trong khoi 8 mat tren bi xe dich len, tao nen su phan bo bat doi xung giua
tam cua he anion va tam cua he cation. Chinh dieu nay dan den dp phan cue tu phat
cua tinh the
BaTi03.
Mot dac diem ly thu khac cua

BaTi03 la
cau
true
tinh the cua no phu thupe rat
manh vao nhiet dp, dan tai viee mot so tinh chat nhu dp phan cue tu phat, hang so
dien moi,
ciang
phu thupe rat manh vao nhiet dp. Cu the, tinh the
BaTi03
co the
CO
cau true thupe 4 he mang khac nhau tuy thupe vao nhiet dp. Tren nhiet dp
Tc,
BaTiOj CO
cau true lap phuang dac trung bai nhom doi xung Pm3m (a
=
0,402 nm).
Trong khoang tu
130*^0
den
0°C,
BaTi03
co cau true tu giae vai nhom doi xung
P4mm va ti so c/a > 1. Khi do cac ion
O^"
va
Ti'*'^
bi xe dich len va xuong doc theo
true e
ciia

tinh the dan den
sir
hinh thanh dp phan cue tu phat theo huang
[001].
Tu
O^C
den
-90^C,
BaTi03
co cau true true giao thupc va dp phan cue tu phat dugc
hinh thanh theo huang
[110].
Dual
-90*^0,
BaTi03
co cau true hinh thoi vai dp phan
cue tu phat dugc hinh thanh theo huang
[111]
(xem hinh 3).
:?-^
^^-*^
->-^
^
/
/
z-'
/
,1
<90
•50 0 50

Temperature [
'C J
100
Hinh 3. Su phu thupc cua
elu
true tinh
thi
eua vat lieu
BaTiOs
vao nhiet dp [1]
6.2.3. Mot so
UTig
dung
Vai eae tinh chat phong phu nhu tinh sat dien va hien tugng tre, vat
lieu
ap
dien
CO
kha nang ung dung trong nhieu
ITnh virc
eua eupc song. Ngay nay, ung dung
rpng rai nhat cua vat lieu nay la trong cac he vi ca dien tu MEMS. Trong eae he
thong nay, vat
lieu
thuang dugc
sir
dung nhu mot bp bien doi nang lugng
(transducer) de ehuyen doi qua
lai
giuB.

nang lugng dien va nang lugng ca. Trong
tuang lai, mot trong nhung ung dung tiem nang eua vat lieu sat dien la eae thiet bi
luu tru
dir
lieu nhu bp nha FeRAM hoae cac
dla
cung
sir
dung vat lieu ghi dien.
6.3.
Muc tieu va noi dung nghien
cihi
cua de tai
Viee
mo rpng nang
lire
nghien cuu nham tiep can vai cac thanh qua tren the
giai ve
ITnh
vue vat lieu ap dien-sat dien, lam
chii
cong nghe che tao, thu nghiem
kha nang ung dung cua cac vat lieu la rat can thiet. Trong de tai nay ehung toi du
dinh su dung phuang phap thuy phan nhiet de che tao vat lieu
BaTi03
dang hat c6
kich thuac nanomet, dang khoi va euoi cung
a
dang mang. Cac nghien cuu ve cau
true tinh the, cau true vi mo va cac tinh chat dien cua cac vat lieu che tao cung se

dugc tien hanh.
Trong phan tiep theo nay chung toi se trinh bay
nhiing
npi dung nghien cuu
chinh trong de tai nhu sau:
- Phan I. Cac phuang phap che tao vat lieu.
- Phan II. Cac phuang phap khao sat cac tinh chat.
- Phan III. Ket qua va thao luan.
Phan I. CAC
PHUONG
PHAP CHE TAO MAU
1.1.
Bot
BaTi03
kich thuoc nanomet
Trong cac phuang phap dieu che
BaTi03
thi cac phuang phap tong hgp trong
dung dich co nhieu uu diem nhu:
+ phan
img
dugc thuc hien trong dung dich nen cac phan tu
ciia
cac tien chat
dugc phan tan tot tao kha nang tiep
xiic
tot giua cac chat phan
ii'ng
do do phuang
phap nay doi hoi nhiet dp phan img thap ban nhieu so vai cac phuang phap co dien.

-*-
de dang kiem soat dugc cac yeu to nhu kich thuoc hat. dp tinh khiet
ciia
san
pham cuoi
eiing.
Vi nhung
li
do tren trong de tai nay
chiing
toi da chon phuang phap
thiiy
phan
nhiet de nghien ciru che tao vat lieu
BaTi03.
Cac dieu kien cong nghe che tao khac
nhau da dugc khao sat nham tim ra dieu kien toi
u'u
che tao \at lieu
a
kich co nano
voi
cac tinh chat vat ly mong muon. lam co so cho \ iec che tao
\a
nghien
cim
cac
vat lieu dang khoi \ a mang tiep theo.
Trong phuang phap
thiiy

phan nhiet. cac chat ban dau la cac dung dich muoi
Clorua
ciia
cac kim loai tuang img nhu
BaCL
va
TiClj
\ai ty le thanh phan cac
muoi ban dau
dupe lua
chpn phu hgp.
T\'
le cation Ba;Ti ban dau co anh huong
Ion
den san pham va dugc chpn la
1.6:1.
Dung dich hon hgp muoi kim loai tren dugc
bo sung tir tir KOH vao cho den khi pH
=^
13.
Flon
hop dung dich
nioi
sau do dugc
dua vao
binh
thuy phan nhiet va de vao tu say o nhiet dp
T^
(co the tir
90°C

den
400°C)
trong thoi gian
t^
(co the tir 30
phiit
den hang chuc gia). San pham dugc
Ipc
rua bang
nude
cat
\a
cho them
HCl
den
Iclii
pH
=
6.5 roi tiep tuc
Ipc.
Dung dich sau
nay dugc dem
Ipc
bang bam chan khong, dugc lam kho
\a
sa\'
a nhiet dp
110
C
trong 24

giL7.
1.2. Vat lieu
BaTi03
dang khoi
Bpt
BaTiO;
sau khi che tao dugc ep di huong bang
ma\
ep Specac
\ai
ap
suat ep 5 can de dinh khuon dang thanh cac \ien del
\ai
duang kinh khoang 10 mm.
Sau do vat lieu
dirge
danh bong \a phu mot lop dien
circ
bang keo Dac tren ca
hai
mat de dimg
cho
cac phep do tinh chat dien.
J.3.
Mang
\at
lieu
HaTiOj
Bin
RariC'

au khi ^-bc
\A'^
^huK
run^;
\2ii .mi ir'-iiii cihaiiol
kl^iap.L;
3o phui
dc wanh hicn ui'ung kei
lu.
-lau
do
cac iial ho[ Jut.^j ir-'ai ^ • ii uiu.a
m\\
la
epi .,;•
Epikote 828, khuay deu khoang
1
h bang may khuay va rung sieu am trong khoang 1
h. Sau do hon hgp tren dugc khuay tiep tren bep co gia nhiet den nhiet dp
110
C,
luc
nay chat dong ran DDM (4,4'-diamine-diphenylmetane) dugc dua vao va qua
trinh khuay tiep tuc cho den khi hoa tan hoan toan. Cuoi
eiing
chung toi sir dung thiet
bi "bar-coating" (xem hinh 4) trai hon hgp tren len cac tam kinh
(lamen)
de tao
mang va dong ran.

Hinh
4.
Sa
do nguyen
ly
cua phuang phap
"bar-coating"
Mot so thong so ky thuat da sir dung trong qua trinh che tao mang
BaTi03
nhu
sau: nhiet dp de 50 C dugc giir trong 30 phut, sau do tang len
HOC
trong 30 phut
va cuoi eiing la
ISO^C
trong 3 gia. Dp day
ciia
eae mang che tao theo phuang phap
nay nam vao khoang 50
|,Lm.
11
PHAN II. CAC
PHirONG
PHAP KHAO SAT CAC
TINH
CHAT
II.l.
Thiet bi nhieu xa tia X
Cau true tinh the va thanh phan pha eua bpt
BaTiOs

sau khi
t6ng
hgp
bSng
phuang phap thiiy nhiet dugc khao sat bing thiet bi nhieu xa tia X D5005 (Siemens)
sir dung hire xa Cu vai buac song
;\.Ka
=
1,5406
A dat tai truang Dai hpc Khoa hpc
Tu nhien, Dai hpc Quoc Gia Ha Npi (xem hinh 2.2). Goc quet 20
n^m
trong
khoang 20° den 70° vai dien ap sir dung 40 kV, dong dien 20 mA,
t6c
dp quet
0.2°/s
cho mau bpt. Doi vai mau mang, thiet bi dugc sir dung la XRD D8 Advance Bruker
(;icuKa
=
1.5418
A) (Bruker AXS) vai dien ap 40 kV, dong dien 40 mA, t6e dp
quet
0.1
°/s
(xem hinh 5).
Hinh
5.
Thiet hi XRD D8 Advance Bruker AXS
11.2.

Kinh hien vi dien tu quet (SEM)
Hien vi dien tir quet (SEM) la mot trong cac phuang phap cho phep khao sat
vi cau
triie ciia
vat
lieu.
Cac anh SEM sir dung trong de tai dugc ehup tren kinh hien
vi dien tir quet co dp phan giai cao FE-SEM Hitachi
S-4800
(Nhat Ban) dat tai Vien
Khoa hpc vat lieu (Vien Khoa hpc va Cong nghe Viet Nam) vai dien the tir 20
^
35
kV, dp phong dai
len
den 100.000
Ian.
11.3.
Cac tinh chat dien
II.3.1.
Xac dinh hang so dien moi
Bpt
BaTi03
sau khi che tao dugc ep thanh vien co dang hinh dTa det vai duang
kinh
10
mm. Sau khi danh bong va
phii
dien cue tren be mat, cac mau khoi dugc sir
dung trong phep do dien dung tai nhiet dp phong nhu mot ham

ciia
dien the va tan
so sir dung he do LCR PM3550 (Tegam) (xem hinh 6). He do nay tan so lam viee tir
IHz
- 5Mhz va dien ap sir dung trong qua trinh do tir 0 den 5 V. Gia tri dien dung
ciia
mau dugc do bai he do LCR nay tir do xac dinh hang so dien moi thong qua
Cxd
cong thire:
8.854xl0f-"*x5'
(2)
trong do C: dien dung
ciia BaTi03
(pF), d: chieu day
ciia
vien ep
BaTi03.
S: dien
tich
be mat
ciia
dTa det
BaTi03.
Hinh
6. Thiet bi do LCR PM3550 Tegam
II.3.2.
Xac djnh cac thong so cua vat
lieu
sat dien
Cac thong so

ciia
vat lieu sat dien dugc do dac tren cac vien ep sir dung he do
tinh chat sat dien Radiant Precision LC
10
(Radiant). Cac dac trung
ciia
vat lieu sat
dien c6 the xac dinh dugc bao gom duang cong dien tre P-E va dac trung dong do
theo thai gian
I-t.
Tan so dugc sir dung trong cac phep do la 1 kHz va dien the do co
the thay doi den vai tram von.
Hinh
7. Thiet bi do Radiant Precision
LCIO
13
PHAN HI. KET QUA NGHIEN
ClTU
III.l.
He
BaTiOj
dang bot va khoi
Trong de tai nay nhom nghien ciru da phoi hgp vai cac dong nghiep tai
truang Dai hpc Khoa hoc tu nhien de che tao va nghien cim cac tinh chat cua vat
lieu
BaTi03
dang bpt. Trong cac phan duai day, anh huang
ciia
mot so dieu kien
cong nghe khac nhau nhu thai gian phan irng va nhiet dp phan img len cac tinh chat

ciia
vat lieu se dugc nghien cim.
HI.1.1.
Anh
huoTig
cua
thtfi
gian phan
ung
Trong phan nay ehung toi tien hanh nghien cim anh huang
ciia
thai gian phan
irng den su hinh thanh
ciia
vat lieu
BaTi03
va cac tinh chat dien, sat dien
ciia
vat
lieu che tao. Cac mau dugc che tao a nhiet dp
Tp^
= 150 C trong cac thai gian khac
nhau
tp^r
tir 3.5 gia den 15 gia.
a. Cau
true
tinh the
I
f

^
->
J
T^
V.,M
• • '
1
o
•
2
A
•
/K
A
• A
A
• BaTiO,
*
BaCO.'
• El.
H *
A
15gi6 A .
JL lOgid A ,
jk
7'
gid A
J.C
5gi6 A -
^.J^Lt,„ ^'^^3,5^K;

^v^.,v
20 25 30 35 40
45 50
29 (°)
55
60
65 70
Hinh
8.
Gian do nhieu
xa
tia Xcua mau bot BTO theo
tpu-
khac nhau
Cac gian do nhieu xa tia X
ciia
cac mau dugc trinh bay tren hinh 8. Tir ket
qua thu dugc c6 the rut ra mot so ket luan nhu sau:
- Vai thai gian phan img ngan 3.5 gia gian do nhieu xa
ciia
vat lieu co cac
dinh nhieu xa vai cuang dp thap ban. So sanh gian do nhieu xa nay vai dir lieu
chudn CO
th^
thay rang vat lieu co cau true lap phuang vai nhom doi ximg Pm3m.
Ben canh do
xudt
hien pha khong mong muon
BaC03
do lugng du ion

Ba^^
van
ehua phan img
h^t
da tham gia vao qua trinh phan img vai
C03^'
tao cacbonat.
- Khi tang thai gian phan img, lugng
BaC03
giam dan va phan img tao
BaTi03
hoan toan ket
thiic
sau 7 gia. Tren gian do nhieu xa,
cuong
dp eae dinh
nhilu
xa
ciia BaTi03
cung dugc tang cuang.
14
- Khi thai gian phan img
Ian
ban
hoae
bang 10 gia bat dau quan sat thay
sir
djch ehuyen
nho eua cac dinh nhieu xa ve phia ben phai (goc
20

Ian). Ket hgp vai
thu vien du:
lieu
chuan, co the gia thiet rang
BaTi03
ehuyen pha cau true tir dang lap
phuang sang mot so cau
true
khac gan vai dang lap phuang, vi du cau true tir
phucmg, mat thoi. Khi tiep tuc tang thai gian phan img, the tich pha
BaTi03
a cac
dang cau
triie
mai se tiep tuc tang. Hien tugng
chuy§n
pha
eSu true
nay
ciia BaTi03
CO
the dugc giai thich nhu sau. Trong qua trinh phan irng cac hat vat lieu dugc tao
ra a dang cau true
lap
phuang, cac hat nay
luon
chiu tac dung
ciia
mot ap suat Ian
trong binh phan irng. Vi vay cac hat nay c6 xu huang bi bien dang va

ehuyen
sang
cac cau true gan vai dang lap phuang. Khi tang thai gian phan img xac suat bi bien
dang cang
Ian
dan den
sir
ton tai dong thai cau true lap phuang va cac cau
triic
khac trong san pham. Cac ket qua nay la rat ly thu, co anh huang den cac tinh chat
ciia
vat lieu che tao dugc va se dugc trinh bay them a cac phan sau. Tir gian do
nhieu xa tia X co the tinh dugc cac hang so mang tinh the
ciia
cau triie lap phuang
va tir phuang trong
BaTi03.
Cac ket qua tinh toan nay dugc tong ket tren bang
1.
Bong
L Sir
phu
thuoc cua cau tn'ic
va
hang so mang tinh the cua BTO vao thai gian /,
pu
Thai gian (gia)
3.5
5
7

10
15
Cau true lap phuang
^^A^)
4.04
4.03
4.02
4.03
4.02
Cau true tir phuang
«rA°)
-
-
-
3.96
4.00
c(A')
-
-
-
4.04
4.04
b. Cau
true
vi mo
Cau true vi mo
ciia
eae mau che tao a tren da dugc nghien cim sir dung kinh
hien vi dien tir quet dp phan giai cao. Cac anh SEM ehup dugc trinh bay tren hmh 9
cho

th§y
cac hat
BaTi03
dugc tao ra duai dang gan hinh cau, vai dp dong nhat cao
ve hinh dang va kich thuac. Kich thuac trung binh
ciia
cac hat vao khoang 25 den
55
nm,
tiiy
thupc vao thai gian phan img (xem hinh
10).
Khi tang thai gian phan
irng, nhin chung kich thuac hat tang do
sir Ian
len
ciia
cac hat tinh the.
15
(O
Hinh
9. Anh SEM cac mau BTO
dicac
tong
hgp
trong thai gian
tp^khdc
nhau.
3.5 gia
(a),

5 gia
d>),
7
gia
(c),
10
gia
(d),
15
gia (e)
bU
-
^i
-
in
-1
4^.
-i
iO •
36
-
30 -
2S
-
20 -
15 -
in
-
c
S

i^
t4!
er-
•a
^
w
Thai
ajaii (aio)
T
.—-
j-
10 12
1J
IS
Hinh
10.
Sic
phu thuoc kich thuac hat BTO theo thai gian
tp^
khac nhau
16
c. Tinh chat dien vd sat dien
Cac nghien ciru truac day da chi ra rang
BaTi03
dugc dac trung bai hang so
dien moi
Ian.
Trong phan thuc nghiem tiep theo chiing toi tien hanh khao sat anh
huang
ciia

nhiet dp phan img den hang so dien moi cua vat lieu. Mau sir dung trong
phep do nay co dang vien ep vai duang kinh 10 mm va chieu day vao khoang 0.5-1
mm. Cac phep do hang so dien moi dugc tien hanh a gia tri dien the 5V tai cac tan
so khac nhau.
Ket qua do dugc bieu dien tren hinh
11
chi ra rang a eae tan so do
la
fI
= 6 kHz hang so dien moi dat gia tri
Ion
nhat doi vai mau tong hgp a
tp^
=
7 gia,
vao khoang
1100.
Khi thai gian phan img tang co
sir
ehuyen pha
ciia
tinh the
BaTi03
tir cau
triic
lap phuang sang mot so cau true gan vai cau true dang xet nen
gia tri
ciia
hang so dien moi giam. Khi tang tan so do, gia tri
ciia

hang so dien moi
giam nhanh doi vai tat ca cac mau vi du mau dugc tong hgp trong
tp^
=
7 (gia) co
e
giam tir
1100
a tan so 6 kHz xuong con 290 a tan so
1
MHz.
too
-4 ~
f1
-6|kHz»
12
-
1000ikHi>
Thcri Sinn Cilif?)
Hinh J
J.
Sir
phu thuoc cua hang so dien moi vao thai gian
tpu
khac nhau
Vat lieu
BaTi03
thupe nhom vat lieu sat dien nen viee nghien cim cac tmh
ch§t
nay la

rdt
ly thu. Tren hinh 12 ehimg toi trinh bay ket qua khao sat duang cong
dien tre P-V
ciia
cac mau
BaTi03
tong hgp a cac thai gian phan img khac nhau. Doi
vai cac mau khong dan pha ve cau triic
(tp^
=3.5
gia,
10
gia,
15
gia), duang cong
P-V
ciia
cac mau co dang suy bien,
thucrng
dugc gpi la kieu van tay, va khong the
xac dinh dugc dp phan cue bao boa. Nguyen nhan co the do su hinh thanh
ciia
pha
la
(d6i
vai
tpu
nho)
hoae
eae dang

thii
hinh
ciia
cau
true
lap phuang (doi vai
tp^
Ian)
lam
cau triic tinh the khong hoan bao va dp phan cue dien khong co dinh huang uu
tien theo dien truang ngoai.
17
OAi
HOC QUOC GIA HA NOI
Tf^uNG ^> V "HQNG
TIN THU VIEN
Q
2*
-
0
19-
0
12-
0 0&
.
-oon-
Q
IS .
0
IS

-
0 74 -
0 30 .
BTO-Th.lSOdo
*
-
100V-l.Hr .j*^Z*J> •-•'*"
^ 200V-i'.Hz
••t5*^^<V^'"
—4—
aoQv-kH;
-*'~f^ir
— • 400V-tiK2
^^^SSS^^
::S^
1 1 • 1 •
f—'
Applied voltage
CO
ISO 300 «6a
Applied voltage
(V)
r«;
fsj
•
IMV-1
kn;
•f:i) -ivi .,,;rj ;';)
Applied voltage
(V)

iW yx 150
bCO
Applied voltage
(V)
fc;
(d)
Hinh
12.
Duong cong dien tre cua mau BTO che tao a
Tp^
=150
^C:
tpu
=3.5 gia, (a), 7h (b),
lOh(c),
15h(d)
1
8<I0*-
I.61IO''-
_
1.4»I0'-
V)
a.
|l.2.IO*-
9
1.0<10
1
3
^
80,10^-

w
6.0»IO''
•
ra
•^
4
Olio*-
20<I0''
-
DO -
•
L
200
-lOO
600
Time
[ms]
1,4x10
•
1
2110'
-
V? 1
QulO'' -
C
5
^
6.D.10''
-
JS

4.Q«10''-i
roiio"*
-
00 -
1
•
r
1
•
200
400 600
Time
(ms)
(a) (b)
Hinh
13.
Dong do theo thai gian do cua BTO vai
tpu = 7
gia,
Tpu = }50°C
(a) vd
tpu=10
gia,
Tpu=}50T(b)
Doi vai mau
BaTi03
dugc tong hgp trong thai gian 7 gia co dp
ddng nh§t
cao
nhat ve cau triic nen hang so dien moi Ion nhat va duang cong dien tre c6 dang dac

trung cua vat lieu sat dien. Dieu nay c6 the dugc khang dinh thong qua viee do dong
do tren cac mau nay nhu trinh bay tren hinh
13.
Mau vai
tp^^
=
7 gia c6 dong do nho
18
nhat, ca
10'^
A/cm^
Trong khi do cac
miu
khac deu co dong do Ian ban vai bae, ca
10"^-I0-^
A/cml
Mau
BaTi03
dugc tong hgp trong
tp^
= 7 gia,
Tpi,
=
150
^C
co cac thong
s6 sdt
dien dac trung chua
la Pr
= 0.07

^C/cm^,
Ec =
306 V/cm con nho. Dieu nay co the
dugc giai thich do vai thiet bi do hien tai, gia tri dien ap ngoai
Ian
nhat ca 400 - 500
V
la
chua
dii
de bao hoa mau.
III.1.2.
Anh
hirang
cua nhiet do phan irng
De khao sat anh huong
ciia
nhiet dp den cac tirih chat
ciia BaTi03
ehung toi da
tien hanh cac thi nghiem tong hgp
BaTi03
theo quy trinh trinh bay a phan II vai
nhiet dp
t6ng
hgp eae mau
Idn lugt
la
Tp^
=

120^0,
150°C,
180 ^C ciing
trong thai
gian phan irng
tpi^
=
7 gia va mau co
Tpi;= 210 ^C
trong thai gian
tp^
=
24 gia.
a. Cau true tinh the
o
•
BaTiO^
»
BaCO.
IZZ
20
25 30 35 40 45 50 55 60 65
20
0
70
Hinh
14.
Gidn do nhieu
xa
tia Xcua mau bot BTO theo nhiet do Tpu khdc nhau

Gian do nhieu xa tia X
ciia
cac mau sau khi che tao dugc trinh bay tren hinh
14.
Tir gian do nhieu xa thu dugc ta co mot so ket luan sau:
- So sanh gian do nhieu xa nay vai vai cac dir lieu chuan co the thay a nhiet
dp
120^C
vat lieu co cau triic lap phuang vai nhom doi ximg Pm3m. Tuy nhien tren
gian do van
xudt
hien eae pha khong mong muon, vi du
BaC03.
Lugng
BaCOs
tao
ra
Ian
trong san
ph4m
anh
huoaig
khong tot den tinh chat
ciia BaTiOs
nhu lam giam
hang so dien moi,
- Khi tang thai gian phan img lugng
BaC03
giam dan va a nhiet dp
150^C

bpt
BaTi03
tao ra a dang dan pha lap phuang.
- Khi nhiet dp phan irng tang den
180
C co mot phan
BaTi03
ehuyen hoa tir
pha
c^u
triic lap phuang sang cac dang
thii
hinh
ciia
cau true lap phuang, vi du tir
phuang, mat thoi. Hien tugng ehuyen pha cau true nay
ciia BaTi03
co the dugc giai
thich tuang tu nhu a phan
III.
1.1.
19
Sir dung cac gian do nhieu xa tia X co the tinh dugc cac hang so mang tinh
the cua cac cau
true
tuang img
ciia BaTi03
nhu tren bang 2.
Bang
2.

Sir
phu thuoc cua cau
true
vd hang so mang tinh the cua BTO vdo nhiet do
Tpu
Nhiet dp
120
150
180
210
Cau true lap phuang
a {A')
4.04
4.03
4.02
4.01
Cau true tir phuang
a (A")
-
-
4.0
4.0
c(A')
'
-
4.03
4.03
b. Cau triic vi mo
Cac ket qua khao sat cau
true

vi mo
eiia
cac mau bang kinh hien vi dien tir
quet dugc trinh bay tren hinh 15. Tir cac anh SEM co the thay cac hat tinh the
BaTi03
tao ra kha dong nhat ve hinh dang va kich thuac. Khi nhiet dp tang kich
thuac hat tinh the tang tir 35 nm den 75 nm (xem hinh 16). Dieu nay c6 the giai
thich do su
Ian
len eua eae hat tinh the khi tang nhiet dp. Nhu vay bang each kiem
soat nhiet dp va thai gian phan irng ehung ta co the tao ra cac hat
BaTi03
vai kich
thuac hat va pha cau true mong muon.
?i.^3L!:Ji:
(d)
Hinh 15
Anh SEM cac man BTO dugc tong hgp theo nhiet do
Tpu
khdc nhau:
I20^C
(a),
]50^C
(b),
ISO'C
(c),
2]0'C
(d)
20
y

70
S
SO
30-
20
Nhift dQ
('Q
—I—
140
Hinh
16.
Suphu
thuoc kich thuac hat
BaTiOs
vdo nhiet phan
img
e. Tinh chat dien vd sat dien
Trong phan thuc nghiem tiep theo ehung toi tien hanh khao sat anh huang eua
nhiet dp den tinh chat dien va sat dien
ciia
vat lieu nay. Hang so dien moi
ciia
cac
mau
BaTi03
tong hgp a nhiet dp khac nhau dugc tinh tir phep do dien dung sir dung
may do LCR. Cac ket qua dugc tong hgp lai tren hinh
17
cho thay doi vai mau tong
hgp a

150*^0
co hang so dien moi
Ian
nhat
(e
= 6840 do a tan so//) do pha
BaTi03
tao thanh a dang don pha lap phuang. Doi vai mau tong hgp
120*^0
do trong san
pham CO Ian
BaC03
va pha
BaTi03
c6 dp ket tinh khong cao nen lam cho hang so
dien moi thap ban vai mau tong hgp a 150 C. Khi nhiet dp tang mot phan
BaTi03
ehuyen tir pha cau triic lap phuang sang pha cau
true
mai (tir phuang, mat thoi)
lam
cho hang so dien moi giam. Nhu vay ehuyen pha cau triie khi nhiet dp tang
lam
giam hang so dien moi
ciia
BaTi03.
\
n
= 0 5(kHzl.
V=:5(V

12 =
1000 kHz. V
=5(V)
160 teO
200
Nliiet ao
("Q
—I
220
Hinh
17.
Suphu
thuoc cua hang so dien moi vdo nhiet do
Tpu
khdc nhau
21
Chiing
toi cung tien hanh khao sat duang cong dien tre
ciia
cac mau
BaTi03
tong hgp a nhiet dp phan img khac nhau. Mot so ket qua dien hinh dugc trinh bay
tren hinh
18
cho hai mau tong hgp
a I20°C
va
150V.
^
"s

•3'
3
001.
.a
o
0-<
-Q0<
.
41
oa-
10V-Ik Mr
•
My.ivHi
—T—JC-CV-lUt-^
—•-•-jogv.ikHi
•
40CV-1!<H:
^»v
BTO-120do
•' '' JT^^^^^
"•
1
* ^^^••IBBWI*'
'''<' '-^^:::rrd
**»»•••••••••»•••*
^xo^
,'* .••'•
•^^i"^
•-' ,.••
*••»••*

•4'>o -:;r;3
Applied Voltage
OO
Applied Voltage
QT)
(a) (b)
Hinh
18.
Duong cong dien tre cua mau BTO che tao trong
tpu
= 7 gia:
Tpu=
120^C(a),
150^C0y)
Doi vai mau
BaTi03
tong hgp a
Tp^
=
120
*^C
trong
tp^
= 7 gia, duang cong
dien tre co dang suy bien, thuang dugc gpi
la
kieu van tay. Doi vai mau co
Tp^
=
150^C

duang cong dien tre co dang dac trung
ciia
vat lieu sat dien. Dieu nay eiing
dugc giai thich tuang tu nhu truac day, do
sir
hinh thanh eua pha la (doi vai
Tpu
nho) hoae cac dang
thii
hinh
ciia
cau triie lap phuang (doi vai
Tpi^
Ian)
lam cau true
tinh the khong hoan bao va dp phan cue dien khong co dinh huang uu tien theo dien
truang ngoai.
Nhu vay vat lieu
BaTi03
dang bpt va khoi da dugc che tao thanh cong va c6
the sir dung trong quy trinh che tao vat lieu dang mang cung nhu trong cac nghien
cuu thir nghiem img dung sau nay.
III.2.
Vat lieu
BaTiOj
dang mang
a. Can
true
tinh the, can true vi mo
Tren hinh

19
la anh ehup cac mau mang dien hinh vai cac ham lugng
BaTiOj
khac nhau len
d§n
10%
che tao bang phuang phap
"bar-coating".
Cac mang c6 mau
nau vang, la mau dac trung
ciia nhira
nen epoxy sau khi xir ly nhiet.
22
*
-
Lmaifa
irflT<ifMHiHta>iM.«h^^
L
MnidtJiUtAMluaiM^
//m/2
19.
Anh
ede
mau mang
BaTiOyepoxy
vai cac ham hcgng khdc nhau:
l%(a),
5%(b)vd 10%(c)
Ket qua do nhieu xa tia X cua cac mang tren dugc trinh bay tren hinh 20. Nhin
chung eae dinh nhieu xa thu dugc deu thupe ve cau triic tinh the dang lap phuang

(Pm3m)
ciia
BaTi03.
Viee tinh toan sir dung cac dinh nhieu xa cho
th4y
h^ng
so
mang tinh the vao khoang 4.02 A, gan giong vai cac mau bpt ban
dku.
29(deg.)
Hinh
20.
Gidn
do
nhieu
xa
tia X cua
cac
mdng BTO-epoxy
vai
cdc hdm
lugng
khdc
nhau:
l%(a),
5%(h)vdlO%(c)
Trong khuon kho de tai nay ehung toi chi nghien cim cac
tinh
chit
ciia

cac
mang co ham lugng
BaTi03
toi da
la
10%. Ve co ban trong vat lieu mang
t6
hgp,
cac hat nano
BaTi03
dong vai tro la cau noi lien ket ngang giira cac phan tir epoxy,
lam
giam dp
linh
dong
ciia mach
phan tir nhua va lam thay doi cac tinh
eh§t ciia
vat
lieu to hgp. Cac nghien cim sau ban (khong trinh bay a day) cho thay
nSu
tang ham
lugng hat nano
Idn
ban
10%
xay ra hien tugng cac hat bi ket tu lam tang dp linh
dong
ciia
phan tir polyme va lam giam cac tinh chat can quan tam, vi du tinh chat ca

va hoa ly
ciia
vat
lieu
mang to hgp.
Viee
nghien cim cau triic vi mo
ciia
mot mau
23