DSpace at VNU: Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 và tổ hợp BaTiO 3 Fe 3O4 có cấu trúc micro-nano bằng phương pháp thủy phân nhiệt

1

Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 và tổ
hợp BaTiO3/Fe3O4 có cấu trúc micro-nano bằng
phương pháp thủy phân nhiệt
Hồ Thị Anh
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu và linh kiện Nano
Người hướng dẫn: TS. Phạm Đức Thắng
Năm bảo vệ: 2011
Abstract: Tổng quan về chế tạo vật liệu sắt điện và tổ hợp BaTiO3 có cấu trúc Micro-nano
bằng phương pháp thủy phân nhiệt: Vật liệu sắt điện; Phân cực tự phát và sự chuyển pha
trong BaTiO3; Hiện tượng điện trễ - Cấu trúc domain; Chuyển pha sắt điện – thuận điện và
nhiệt độ Curie sắt điện; Vật liệu sắt điện BaTiO3; Vật liệu sắt từ Fe3O4; Ứng dụng của hạt
nano từ Fe3O4. Tiến hành thực nghiệm chương trình: Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm; Tổng
hợp BaTiO3; Tổng hợp vật liệu composit BaTiO3/Fe3O4; Các phương pháp khảo sát cấu
trúc tinh thể và cấu trúc vi mô; Các phương pháp nghiên cứu tính chất điện và sắt điện.
Trình bày kết quả và thảo luận về: Chế tạo vật liệu BaTiO3; Chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc
nano BaTiO3/Fe3O4
Keywords: Công nghệ Nano; Vật liệu Nano; Phương pháp thủy phân nhiệt; Vật liệu sắt
điện
Content

MỞ ĐẦU
Vật liệu BaTiO3 được biết đến là vật liệu áp điện, sắt điện, hỏa điện và với hằng số điện môi
lớn nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau: điện tử, điện tử hiệu năng cao chế
tạo các điện trở nhiệt, tụ điện cho các bộ nhớ máy tính, chế tạo các cảm biến,… [1, 2]. Có nhiều
phương pháp để tổng hợp vật liệu BaTiO3 như solgen, phản ứng pha rắn [3, 4] , thủy nhiệt [5]. Tuy
nhiên trong luận văn này chúng tôi chọn phương pháp thủy nhiệt do phương pháp này có nhiều ưu
điểm.
Việc pha tạp Fe3O4 để tạo compozit với BaTiO3 có khả năng tạo nên vật liệu mới hoặc sự

hình thành các pha mới có thể tạo nên những tính chất bất thường trên vật liệu thu được. S.H. Choi
và cộng sự đã chế tạo vật liệu compozit nano Fe3O4 bọc các hạt BaTiO3 (kích thước 500 nm) bằng
phương pháp siêu âm. Vật liệu compozit sau khi tạo viên và nung thiêu kết tại nhiệt độ 950-10500C
cho giá trị độ thẩm điện môi ε lên tới 148,38-362,4 tại tần số 10kHz, lực kháng từ (Hc) đạt 29203600 Oe, từ độ bão hòa Ms = 4,81-18,5 emu/g [6], độ hấp thụ vi sóng tại dải 8 và 13 GHz. Kết quả
cho thấy vật liệu có khả năng ứng dụng để chế tạo thiết bị hấp thụ vi sóng dải băng rộng (broadband microwave absorber) [7]. Gần đây, T. Adachi [8] đã công bố kết quả tổng hợp compozit
Fe3O4-BaTiO3 bằng cách nhiệt phân sol-khí (spray pyrolysis) tại nhiệt độ 800-9000C từ hỗn hợp các
dung dịch Ba(CH3COO)2, TiCl4 và Fe(NO3)2. Vật liệu thu được có kích thước hạt từ 200-1000nm
và có từ độ bão hòa đo được 57,7 emu/g với lực kháng từ 390 Oe.
Trong luận văn này, chúng tôi giới thiệu các kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu BaTiO 3 và vật
liệu composit BaTiO3/Fe3O4 từ các dung dịch muối Fe2+, Fe3+, Ba2+ và Ti3+ trong môi trường kiềm
của KOH bằng phương pháp thuỷ nhiệt. Đây là một phương pháp được biết đến với nhiều ưu điểm.


2
Luận văn với tiêu đề: „Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO 3 và tổ hợp BaTiO3/Fe3O4
có cấu trúc micro-nano bằng phương pháp thủy phân nhiệt‟ gồm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận


Chương 1. Tổng quan
1.1. Vật liệu sắt điện
Vật liệu sắt điện thường được mô tả là vật liệu không có tâm đối xứng, có độ phân cực
tự phát, độ phân cực này có thể thay đổi (đảo chiều được) dưới tác dụng của điện trường
ngoài.
Về mặt cấu trúc tinh thể, vật liệu sắt điện khá giống với vật liệu hoả điện tức là có cùng
nhóm đối xứng điểm, chỉ có một trục phân cực và không có mặt đối xứng nào vuông góc với
trục phân cực. Để độ phân cực trong vật liệu sắt điện có thể bị đảo chiều dưới tác dụng của

điện trường ngoài, cấu trúc tinh thể của vật liệu sắt điện thường có tính đối xứng cao và trong
tinh thể xảy ra những sự phá vỡ đối xứng nhỏ, điển hình là cấu trúc perovskite, khiến cho tâm
của hệ các điện tích âm và hệ các điện tích dương không trùng nhau. Sự phá vỡ tính đối xứng
này bao gồm sự chuyển dời có cực của các ion trong ô cơ sở.
1.2. Phân cực tự phát và sự chuyển pha trong các tinh thể sắt điện
1.2.1 Phân cực tự phát
* Các cơ chế phân cực
Độ phân cực tự phát được định nghĩa là giá trị mô men lưỡng cực điện trên một đơn vị thể
tích, hoặc là giá trị của điện tích trên một đơn vị điện tích bề mặt vuông góc với trục của phân
cực tự phát. Bản thân các tính chất điện liên quan rất mạnh đến cấu trúc tinh thể. Trục phân
cực tự phát thường là các trục tinh thể. Nhìn chung, các tinh thể có trục cực đều tồn tại hiệu
ứng áp điện.
Mọi phân tử trong chất điện môi đều trung hoà điện: Tổng các điện tích am của các điện tử và
điện tích dương của các hạt nhân nguyên tử bằng không. Nếu các điện tích dương có các tạo
độ tương ứng là x+, y+, z+ có thể định nghĩa “trọng tâm” chung của các điện tích dương G + với
toạ độ X+, Y+, Z+. Tương tự, trong toạ độ “trọng tâm” chung của tất cả các điện tích âm G với tạo độ X-, Y- Z-. Do chuyển động nhiệt, toạ độ của các điện tích riêng rẽ cũng như tạo độ
của các “trọng tâm” G+ và G- thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp này, ta cân xem xét vị
trí trung bình của chúng.
Nếu vị trí trung bình <G -> và <G+> của hai tâm điện trùng nhau, phân tử được coi không phân
cực. Ngược lại, nếu vị trí trung bình bình <G-> và <G+> của hai tâm điện không trùng nhau,
phân tử được coi là phân cực. Khi đó, các phân tử mang một mômen lưỡng cực tự phát hay độ
phân cực tự phát. Có 3 cơ chế phân cực cơ bản sau:
1.3. Hiện tượng điện trễ - Cấu trúc domain
1.3.1 Hiện tượng điện trễ
Vật liệu sắt điện là vật liệu có độ phân cực tự phát dưới tác dụng của điện trường ngoài
độ phân cực này sẽ thay đổi về độ lớn và hướng. Tính chất đặc trưng này của vật liệu sắt điện
được thể hiện bằng đường cong điện trễ mô tả sự phụ thuộc của độ phân cực vào cường độ
điện trường ngoài (xem hình 1.4). Đường cong điện trễ P-E cho các thông tin sau về vật liệu:
độ phân cực bão hòa P s, độ phân cực dư PR, lực kháng điện EC. Qua đường cong điện trễ, ta
thấy với vật liệu sắt điện, độ phân cực không tỉ lệ bậc nhất với cường độ điện trường ngoài.

Do đó, độ cảm điện môi χ và hằng số điện môi ε không phải là hằng số mà phụ thuộc vào
cường độ điện trường ngoài. Độ phân cực ban đầu khi chưa có tác dụng của điện trường ngoài
được chọn bằng 0. Khi đặt trong một điện trường ngoài với cường độ tăng dần, độ phân cực
của khối sắt điện cũng tăng dần (đoạn BC) lên đến một giá trị bão hoà P s (đoạn CD), lúc đó
cường độ điện trường nếu tiếp tục tăng thì độ phân cực cũng không tăng lên nữa. Nếu giảm
cường độ điện trường thì độ phân cực cũng giảm theo nhưng không về đúng giá trị 0 ban đầu.
Khi cường độ điện trường bằng 0 thì trong vật liệu vẫn còn một độ phân cực nhất định hay
còn gọi là độ phân cực dư Pr (điểm E). Để triệt tiêu độ hoàn toàn độ phân cực dư này cần tăng
điện trường theo hướng ngược lại đến giá trị E c (điểm F), gọi là lực kháng điện. Tiếp tục tăng
cường độ điện trường theo hướng này (đoạn FG), độ phân cực sẽ tăng từ 0 cho đến giá trị bão
hoà Ps (điểm G). Giảm dần cường độ điện trường và tăng theo hướng ngược lại ta sẽ thu được


4
đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của độ phân cực khối sắt điện vào cường độ điện trường
gọi là đường cong điện trễ.
1.5. Vật liệu sắt điện BaTiO3
Cấu trúc tinh thể của BaTiO3 phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ, dẫn tới việc một số tính
chất như độ phân cực tự phát (xem hình 1.9), hằng số điện môi, thông số mạng … cũng phụ
thuộc rất mạnh vào nhiệt độ. Cụ thể, tinh thể BaTiO 3 có thể có cấu trúc thuộc 4 hệ mạng khác
nhau tùy thuộc vào nhiệt độ. Trên nhiệt độ 1300C (chính là nhiệt độ Curie), BaTiO3 có cấu
trúc lập phương (cấu trúc lý tưởng), đặc trưng bởi nhóm đối xứng Pm 3 m. Do sự xuất hiện
của tâm đối xứng nên khi nung nóng trên 1300C BaTiO3 mất đi tính áp điện và trở thành vật
liệu thuận điện. Trong khoảng từ 1300C đến 00C, BaTiO3 có cấu trúc tứ giác với nhóm đối
xứng P4mm và tỉ số c/a > 1. Khi đó các ion O2- và Ti4+ bị xê dịch lên và xuống dọc theo trục c
của tinh thể dẫn đến sự hình thành độ phân cực tự phát theo hướng [001]. Từ 0 0C đến -900C,
BaTiO3 có cấu trúc trực giao thuộc nhóm đối xứng Amm2, độ phân cực tự phát được hình
thành theo hướng [110]. Dưới -900C, BaTiO3 có cấu trúc hình thoi với nhóm đối xứng R3m,
độ phân cực tự phát được hình thành theo hướng [111] (xem các hình 1.9 ).

Chương 2. Thực nghiệm
2.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
2.1.1 Hóa chất
Các hóa chất đã được sử dụng để chế tạo vật liệu BaTiO 3 và composit BaTiO3/Fe3O4
dạng bột dùng trong luận văn này được liệt kê như bảng sau:
Bảng 2.1. Các hoá chất sử dụng
STT
Hóa chất
1
BaCl2.2H2O (Merck)
2
TiCl3 (dung dịch 15%) (Merck)
3
KOH (Merck)
4
FeSO4.6H2O (Merck)
5
FeCl3.6H2O (Merck)
6
Nước cất
7
Cồn tuyệt đối (95o)
8
HCl (Merck)
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
Bảng 2.2. Các dụng cụ và thiết bị sử dụng
STT
Tên các thiết bị và dụng cụ
1
Cốc thuỷ tinh cỡ 100ml, 250 ml

2
Máy khuấy từ
3
Pipet cỡ 5ml, 10ml, 20ml
4
Thiết bị phản ứng thuỷ nhiệt
5
Tủ sấy (có điều khiển nhiệt độ)
6
Máy đo pH
7
Cân phân tích (± 0,001g)
2.2. Tổng hợp BaTiO3 bằng phương pháp thủy nhiệt
Các bước thí nghiệm tổng hợp BaTiO3 được tiến hành như sau:
Cân một lượng BaCl2.2H2O cho vào cốc thêm một lượng nước cất vừa đủ để dùng máy
khuấy từ hòa tan hết BaCl2.2H2O
Sau khi đã hòa tan hết BaCl2.2H2O, cho thêm dung dịch TiCl3 15% sao cho tỉ lệ Ba/Ti
lần lượt là 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 và 2.
Thêm từ từ dung dich KOH vào dung dịch trên cho đến khi pH=13.
Sau đó cho sản phẩm trên vào hệ thủy nhiệt và điều chỉnh nhiệt độ, thời gian phản ứng
tùy theo yêu cầu của từng mẫu.

4


5
Sau khi hệ thủy nhiệt được làm lạnh về nhiệt độ phòng lấy sản phẩm ra và dùng nước
cất lọc rửa để loại bỏ ion CO32-.
Sau đó để lại 1 ít nước cất + sản phẩm trong cốc, cho thêm HCl 0.5M đến khi pH=
6 6.5. Tiếp tục dùng nước cất lọc rửa hết ion H+.

Dung dịch đem lọc bằng máy hút chân không, kết tủa thu được đem sấy khô ở nhiệt độ
1100C trong 24 giờ. (xem hình 2.1).
2.3. Tổng hợp vật liệu composit BaTiO3/Fe3O4 bằng phương pháp thủy nhiệt
Các bước thí nghiệm tổng hợp BaTiO3/Fe3O4 được tiến hành như sau:
Ion SO42- được loại bỏ bằng cách cho FeSO4.6H2O đã được hòa tan vào cốc đựng dung
dịch BaCl2.2H2O. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn sử dụng máy khuấy ly tâm với tốc độ
khuấy 10.000 vòng/phút trong thời gian 10 phút để loại bỏ kết tủa. Dung dịch thu được sau
khi loại bỏ kết tủa được ký hiệu là A1.
Sau khi đã hòa tan hết FeCl3.6H2O, cho thêm dung dịch TiCl3 15% và tiếp tục dùng
máy khuấy từ để khuấy. Sau đó cho dung dịch A 1 vào hỗn hợp dung dịch trên. Thêm từ từ
dung dịch KOH vào dung dịch đang khuấy trên cho đến khi pH=13.
Sau đó cho sản phẩm trên vào hệ thủy nhiệt và điều chỉnh nhiệt độ, thời gian phản ứng
tùy theo yêu cầu của từng mẫu.
Sau khi hệ thủy nhiệt được làm lạnh về nhiệt độ phòng lấy sản phẩm ra và dùng nước
cất lọc rửa nhiều lần để loại bỏ ion CO32-.
Dung dịch đem lọc bằng máy hút chân không, kết tủa thu được đem sấy khô ở nhiệt độ
1100C trong 24 giờ. (xem hình 2.2).
2.4. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tinh thể và cấu trúc vi mô
2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X
2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning Electron Microscope)
2.4
c và phân bố kích thước - máy LB-550
2.4.4 Phương pháp đo từ kế mẫu rung
2.5. Các phương pháp nghiên cứu tính chất điện và sắt điện
2.5.1 Xác định hằng số điện môi
2.5.2. Xác định các thông số của vật liệu sắt điện

Chương 3.
3.1. Khảo sát các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến tính chất BaTiO3
3.1.1.

/Ti
/Ti đến sự hình thành bột BaTiO3
và các tính chất điện, sắt điện của vật liệu chế tạo. Các mẫu được

pư
pư

= 1500

1100

.
3.1.1 Cấu trúc tinh thể
3 bằng phương
pháp nhiễu xạ tia X. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu này được trình bày trên hình 3.1.

5


6

3.1.

.
:

3

Ti(OH)4

2
2

[5].
/Ti ban đ

2+

3

[2][5].

2

-

/Ti

phương với nhóm đối xứng Pm3m.
3.1.2 Cấu trúc vi mô
thước và phân bố kích thước máy LB-550
trên. Các ảnh chụp được trình bày trên hình 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 :

6


7

Hình 3.2. Ảnh chụp SEM mẫu BaTiO3 Ba/Ti= 1.4 (a),
Ba/Ti= 1.6 (b),Ba/Ti= 1.8 (c).

Hình 3.3.

/Ti= 1.6

3

3.4.

/Ti =1.4

3

3.5.
3.1.

/Ti =1.8
/Ti:

3

% trong
Ba/Ti
1.4
1.6
1.8

(nm)
550
450

450

22
21
12

7


8
Kết quả chụp ảnh FE-SEM cho thấy BaTiO3
. Từ các ảnh FE-SEM có thể xác định được kích thước trung bình của các hạt BaTiO 3 như
trên bảng 3.1.
/Ti =1.6.
3.1.3 Tính chất điện, sắt điện
350

Ba/Ti= 1.4

Permittivity

300

250

200

150
0

1000

2000

3000

4000

f (kHz)

3.6.
350

Ba/Ti= 1.6

300

250

200

150
0

1000

2000

3000

4000

F(kHz)

3.7.
g 3.2.
F

/Ti=1.4

(kHz)
1
100
1000
4000

335
237
211
192

/Ti=1.6
354
219
201
176

3.2
4000 kHz.

8


9

0.3
0.2

0.2

Polarization (µC/cm2)

Polarization (µC/cm2)

0.1

0.0

10V 1kHz

-0.1

50V 1kHz
100V 1kHz
200V 1kHz
-0.2

0.1

0.0

10V 1kHz

-0.1

50V 1kHz
100V 1kHz
200V 1kHz

-0.2

300V 1kHz

300V 1kHz
-300

-200

-100

0

100

200

400V 1kHz

300

-0.3
-400

Voltage (V)

-200

0

200

400

Voltage (V)

Hình 3.8. Đường cong điện trễ
của mẫu BaTiO3 (Ba/Ti=1.4, tpư =
7 giờ,Tpư = 150 0C)

Hình 3.9. Đường cong điện trễ
của mẫu BaTiO3 (Ba/Ti=1.6,
tpư = 7 giờ,Tpư = 150 0C)

/Ti=1.4, tpư = 7 giờ, Tpư = 150 0C đường cong P-E
có dạng suy biến hay là kiểu vân tay, không thể xác định được độ phân cực bão hòa.
/Ti=1.6, tpư = 7 giờ, Tpư = 150 0
3
10-4- 10-5 A/cm2
3.9
/Ti=1.4, tpư = 7 giờ, Tpư = 150 0C có

3
dòng dò lớn hơn cỡ 10 -3-10-4 A/cm2
3.8).
3

. Mẫu BaTiO3 này có các thông số sắt điện đặc trưng chưa cao (P r = 0.0608
µC/cm2, EC = 758 V/cm). Điều này có thể được giải thích do BaTiO 3 được ép thành viên ở
dạng hình trụ dẹt với độ dày d = 1 (mm) và thiết bị đo P-E của chúng tôi hiện tại chỉ đo đựợc
đến giá trị điện áp ngoài lớn nhất là 500 (V) nên trên hình vẽ 3.9
.
:
0.000040

Measured Current (Amps)

0.000035
0.000030
0.000025
0.000020
0.000015
0.000010
0.000005
0.000000
0

200

400

600

800

1000

Time (ms)

Hình 3.11. Dòng dò theo thời gian mẫu BaTiO3
/Ti =1.6)
.
3.2.
3.2.1 Cấu trúc tinh thể
3 chúng tôi đã
tiến hành các thí nghiệm tổng hợp BaTiO3 theo quy trình trình bày ở chương 2 với nhiệt độ

9


10
tổng hợp các mẫu lần lượt là Tpư = 1300C, 1500C, 1700
, tỉ lệ Ba/ Ti=1.6.
pư

3.12.
1300
đư

3

1700

1500

3m.
3.2.2 Cấu trúc vi mô

Hình 3.13. Ảnh chụp FE-SEM mẫu BaTiO3
hau 1300 C (a),
1500C (b)
Các kết quả phân tích hình thái học sử dụng kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao
(FE 3.13
BaTiO3
1300
1700
1500
50nm.
3
3.2.3 Tính chất điện, sắt điện
1500
3
.
0.3

Polarization (µC/cm2)

0.2

0.1

0.0

-0.1

10V

1kHz

50V

1kHz

100V 1kHz
200V 1kHz

-0.2

300V 1kHz
400V 1kHz
-0.3
-400

-200

0

200

400

Voltage (V)

10


11
Hình 3.16. Đường cong điện trễ của mẫu BaTiO3 ( Ba/Ti=1.6, tpư = 7 giờ,Tpư = 150 0C)
một điện trường ngoài với cường độ tăng dần, độ phân cực của BaTiO3 cũng tăng dần lên đến
giá trị lớn nhất Pmax = 0.24 µC/cm2 khi cường độ điện trường ngoài đạt giá trị lớn nhất là
Emax= 3736 V/cm.
10-4- 10-5
200.
3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
3.3.1. Cấu trúc tinh thể
Các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu này được trình bày trên hình 3.17.

Hình 3.17. Giản đồ nhiễu xạ tia X
Từ kết quả thu được có thể rút ra một số kết luận như sau:
- Với thời gian phản ứng ngắn 3.5 giờ giản đồ nhiễu xạ của vật liệu có các đỉnh nhiễu
xạ với cường độ thấp hơn.
3.3.2. Cấu trúc vi mô

Hình 3.18. Ảnh chụp SEM mẫu BaTiO3 được tổng hợp trong thời gian khác nhau: 3.5 giờ (a),
5 giờ (b), 7 giờ (c), 10 giờ (d)
Kết quả chụp ảnh SEM cho thấy các hạt BaTiO3 được tạo ra dưới dạng gần hình cầu,
với độ đồng nhất cao về kích thước. Từ các ảnh FE-SEM có thể xác định được kích thước
trung bình của các hạt BaTiO3 như trên bảng 3.5 và vẽ lại trên hình 3.19. Khi tăng thời gian
phản ứng kích thước hạt tăng do sự lớn lên của các hạt tinh thể. Với thời gian lớn, ví dụ 15
giờ sự giảm của kích thước hạt có thể được hiểu do sự xuất hiện của một số pha cấu trúc mới.

11

12

Hình 3.19. Sự phụ thuộc kích thước hạt BaTiO3 theo thời gian
3.3.3. Tính chất điện và sắt điện
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng BaTiO3 được đặc trưng bởi hằng số điện môi
lớn. Trong phần thực nghiệm tiếp theo chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
phản ứng đến hằng số điện môi của BaTiO3 bằng máy đo hiện số LCR TEGAM. Mẫu sử dụng
trong phép đo này có dạng viên ép với đường kính 1cm và chiều dày vào khoảng 0.2
0.4
mm. Các phép đo hằng số điện môi được tiến hành ở giá trị điện thế 5V tại các tần số khác
nhau.
Kết quả đo được biểu diễn trên hình 3.4 và bảng 3.3 Có thể thấy rằng ở tần số f1 = 6
kHz và f2 = 1MHz hằng số điện môi là lớn nhất , đạt giá trị khoảng 1100 và 290 tương ứng
đối với mẫu tổng hợp ở t pư = 7 giờ (mẫu này có cấu trúc đơn pha lập phương).

Hình 3.20. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào
thời gian phản ứng
Vật liệu BaTiO3 thuộc nhóm vật liệu sắt điện nên việc nghiên cứu các tính chất này
là rất lý thú. Trong phần thực nghiệm này chúng tôi tiến hành khảo sát đường cong điện trễ
của các mẫu BaTiO3 tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt ở các thời gian phản ứng khác
nhau. Các mẫu bột BaTiO3 thu được sau quá trình tổng hợp được đem ép viên ở áp lực 5 tấn
và tiến hành đo tính chất. Các kết quả đo thu được trên các hình 3.21 – 3.24.

Hình 3.22. Đường cong điện trễ của mẫu BaTiO3 (tpư = 7 giờ, Tpư = 150 0C)

12

13
Đối với các mẫu không đơn pha cấu trúc (t pư = 3.5 giờ, 10 giờ, 15 giờ), kết quả đo tính
chất sắt điện cụ thể đo đường cong P-E của các mẫu không giống với đường lý thuyết. Đường
cong đo được từ các mẫu này có dạng suy biến, thường được gọi là kiểu vân tay.

KẾT LUẬN
Trong luận văn này, vật liệu BaTiO3 dạng hạt đã được chế tạo thành công bằng phương
pháp thuỷ nhiệt. Chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng từ 3.5 đến 15
giờ và nhiệt độ phản ứng từ 120°C đến 210°C lên các tính chất của vật liệu. Các kết quả chính
thu được như sau:
- Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X đã xác định được sản phẩm thu được là BaTiO 3
tồn tại ở pha lập phương và tứ giác.
- Kết quả chụp SEM cho thấy các hạt bột BaTiO3 có kích thước hạt đồng đều, dạng gần
hình cầu với kích thước hạt trung bình từ 30 đến 80 nm.
- Đã tìm ra điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu BaTiO3 với kích thước hạt cỡ vài chục
nm và có thể thay đổi được:
+ Ở điều kiện nhiệt độ < 150°C, thu được BaTiO3 cấu trúc lập phương.
+ Khi nhiệt độ > 150°C, có sự tồn tại của cấu trúc lập phương và các dạng thù hình
khác của BaTiO3.
+ Đã xác định được hằng số điện môi đối với các mẫu tổng hợp trong điều kiện khác
nhau. Khi BaTiO3 được tổng hợp ở 1500C trong 7 giờ cho hằng số điện môi lớn nhất
6840 khi đo ở tần số 0.5 kHz.
+ Đã tiến hành đo đường cong điện trễ của BaTiO 3 tổng hợp trong điều kiện khác nhau
và xác định các tính chất sắt điện của BaTiO3. Mẫu BaTiO3 tổng hợp ở 1500C, 7 giờ có đường
P-E dạng trễ đặc trưng.
References
[1]
A. J. Moulson and J. M. Herbert, Ferroelectric Ceramics : Processing, properties and
applications, Chapman and Hall, London, (1990).
[2]

D.J. Taylor, Handbook of thin film devices: Ferroelectric film devices, Academic
Press, San Diego, Vol. 5, (2000).
[3]
M.C.Cheung, H.L.W.Chan, (1999) “Effect of Europium Ion Concentrations on the
Photoluminescence Emission of NanoCrystalline BaTiO3 Prepared by Sol–Gel Technique” Nanostructured Material, Vol.11(7)
837- 844
[4]
B.D Stojanvic, “Mechanochemical synthesis of barium titanat”, journal of the
European Ceramic Society. Vol. 25, 1985-1988
[5]
S.Guillemet-Fritsch, “Hydrothermal synthesis of nanosized BaTiO3 powders and
dielectric properties of corresponding ceramic”, European Ceramic Society, Vol. 25. 27492753
[6]
H.K. Park, S.H. Choi, J.H. Oh, T. Ko, “Preparation and characteristics of a
magnetic–dielectric (Fe3O4/BaTiO3) composite by ferrite plating with ultrasound
irradiation” Phys. Stat. Sol. (b) 241, No7, 1693-1696 (2004).
[7]
S.H. Choi, J.H. Oh, T. Ko, “Preparation and characteristics of Fe3O4-encapsulated
BaTiO3 powder by ultrasound-enhanced ferrite plating” J. Magn. Magn. Mater. Vol. 272276, 2233-2235 (2004).
[8]
T. Adachi, N. Wakiya, N. Sakamoto, O. Sakurai, K. Shinozaki, H. Suzuki, “ Spray
pyrolysis of Fe3O4 – BaTiO3 composite particles” J. Am. Ceram. Soc, 92 [S1], S177- S180
(2009)

13