DE THI HOC KY

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (290.19 KB, 9 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

SỰ THIÊU KẾT Ở NHIỆT ĐỘ THẤP CỦA GỐM PMnN – PZT SỬ
DỤNG PHƯƠNG PHÁP OXIT BAN ĐẦU DÙNG CHO CÁC BIẾN TỬ
ĐẦU DÒ

MỞ ĐẦU

Việc thay đổi thành phần gốm áp điện PMnN – PZT dựa trên

Pb 0.99Ca0.11[(Mn1/3Nb2/3)x – (1 – x)(ZryTi1-y)]O3; ( 0.02 < x < 0.07; 0.47 < y <

0.54) được tổng hợp bằng phương pháp oxit ban đầu (BO) và phương pháp
hỗn hợp oxit thông thường (MO).

Theo kết quả thực nghiệm, các gốm áp điện PMnN – PZT dựa trên sử dụng
phương pháp BO phù hợp với đầu dò siêu âm trong các ứng dụng điều trị.
Gốm áp điện được ứng dụng rất rộng rãi là biến tử siêu âm công suất như
thiết bị truyền động áp điện, siêu âm điện đầu dò, máy biến áp điện [1,2].
Gần đây, biên tử đầu dò được sử dụng như là đầu dò ứng dụng trong các lĩnh
vực vật lý trị liệu, phẫu thuật thẩm mỹ, điều trị da. Tần số hoạt động của
chúng được phân chia trong dãi tần số thấp (20 – 100 kHz) và dãi tần số cao
( 0.5 – 3 MHz) [1].

Như vậy các vật liệu áp điện phải được thay đổi để phù hợp với yêu cầu của
các biến tử đầu dò trong vật lý trị liệu. Các vật liệu yêu cầu cho các ứng
dụng vật lý trị liệu là đồng nhất cấu trúc với hạt mịn, hằng số điện môi cao,
hệ số liên kết cao, hệ số phẩm chât cơ học cao, nhiệt độ Curi cao (>3500C).

Sự thay đổi thành phần hệ Pb(Mn1/3Nb2/3)O3 - PZT với hệ số phẩm chất cơ

học Qm cao [2] và sự phi tuyến thấp hơn thu được bằng cách bổ sung Ca

hoặc kết hợp với Sr để cải thiện được hệ số liên kết và làm giảm hệ số tổn
hao [9, 10].

Mục tiêu chính là nghiên cứu các đặc trưng của gốm PMnN - PZT tổng hợp
theo phương pháp MO và BO và so sánh các tính chất áp điện của hai loại
gốm này.

THỰC NGHIỆM

Các bột oxi PbO, SrCO3, CaCO3, Nb2O5, TiO2, MnCO3 với độ tinh khiết >

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Để so sánh các kết quả, các mẫu phải được tổng hợp bằng phương pháp MO
và BO.

Trong phương pháp MO hỗn hợp các oxit kim loại được trộn trong 24h bằng
máy nghiền bi với nước tinh khiết, sau đó sấy khơ và nung ở 8500C trong

khoảng 3h.

Trong phương pháp BO, Nb2O5, MnCO3, ZrO2 và TiO2 được nung sơ bộ tại

14000C trong khoảng 5h để tạo thành (Mn

1/3Nb2/3)x – (1 – x)(ZryTi1-y)O2, sau

đó PbO, SrCO3, CaCO3 được nghiền bi với nước cất. Sau khi sấy khô, bột

thu được lại được nung tại 7500 trong khoảng 3h và sau đó được nghiền lại

trong khoảng 24h với chất kết dính PB72 là 7% wt chất kết dính và 40%

nước cất để nghiền.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Sự quyết định biên pha:

Hình 2: TCC, kp, Qm tỷ lệ nghịch với thành phần Zr(% mol) trong hệ vật liệu 
Pb 0.99Ca0.11[(Mn1/3Nb2/3)x – (1 – x)(ZryTi1-y)]O3, x = 0.04 sử dụng phương pháp MO

Từ hình 2 thấy rằng, các giá trị của TCC trong khoảng nhiệt độ 200C đến

1200C, K

P, Qm tỷ lệ nghịch tỷ số Zr/(Zr + Ti)(y) trong hệ vật liệu

Pb0.99Ca0.01[0.04(Mn1/3Nb1/3)-0.96(ZryTi1-y)]O3 để xác định tỷ lệ của y phù hợp

với phương pháp MO.

Vì vậy, thành phần thích hợp là chọn y = 0.51 với Kp (0.58), Qm (1500) và

TCC(3800 ppm/0C) lân cận biên pha (MPB).

3.2. Tính chất vật lý:

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Thành phần PmnN(%)

Hình 3. Mật độ khối của gốm BO vượt trội so với gốm MO tại các nhiệt độ thiêu kết
khác nhau.

Từ hình 3 cho thấy mật độ khối của PMNZT - 100x khác với thành phần của
PMnN (x) được tổng hợp sử dụng phương pháp BO tại nhiệt độ thiêu kết
khác với khi thu được bằng sử dụng phương pháp MO thiêu kết tại 12500C.

3.3. Cấu trúc pha và vi cấu trúc:

Hình 4. XRD của PMNZT - 100x sử
dụng phương pháp MO (a) và sử dụng

phương pháp BO (b)

Hình 4 cho thấy mẫu XRD của
PMNZT-100x sử dụng phương
pháp MO và BO. Pha perovskit là
thu được với cả 2 mẫu. Nó xất hiện
trong khoảng 2 = 44 - 460C, sự

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Ảnh SEM của bề mặt mẫu của gốm PMNZT - 100x tại x = 0.03, 0.04 và
0.06 sử dụng phương pháp MO và BO thể hiện ở hình 5

Hình 5. Ảnh SEM của bề mặt mẫu của gốm BO(a) x = 0.03, (b) x = 0.04,
(c) x = 0.06 và gốm MO (d) x = 0.04

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Hình 6. Hằng số điện mơi và tổn hao điện môi là hàm của thành phần PMnN với
phương pháp BO và MO.

Từ đó thấy rằng mối liên hệ hằng số áp điện 33T /0 như là hàm của PMnN là

ít khác biệt giữa hai loại gốm.

Hằng số điện cơ Kp và Kt được tính tốn bởi phương trình sau:

2
2
2
2 1
a
r
a
p
f
f
f
p

k   và 









a
r
a
r
t
f
f
f
f
k
2
cot
2

2  

(1)
Trong đó fr là tần số cộng hưởng, fa là tần số phản cộng hưởng

p = 2(1+ E

 )*{r12 - [1 - (E)2]}-1 với E là hệ số Posson và r1 được tính

theo cơng thức r1J0(r1) - (1 - E)J1(r1) = 0.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Hình 7. kp, kt, Qm là hàm của thành phần PMnN sử dụng phương pháp BO và MO

Bảng 2. Hằng số của vật liệu PMNZT với phương pháp BO(a) và phương pháp
MO(b)

Khi lượng PMnN trên 4% mol thì kp, kt, d33 và Qm-1 giảm với lượng PMnN

tăng do đó có đặc trưng áp điện cứng. Khi lượng PMnN dưới 4% mol thì kp,

kt, d33 và Qm-1 tăng với lượng PMnN do sự kết hợp của đặc trưng áp diện cứng

và mềm.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hằng số điện môi tổn hao điện môi kp, kt Qm

Hình 8. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi và tổn hao điện môi (a) và kp, kt, Qm (b)

TCF của hệ thành phần PMNZT - 100x từ 200C đến 1000C sử dụng phương

pháp BO và MO được liệt kê trong bảng 2.

Bảng 2. Các hằng số vật liệu của hệ PMNZT-100x sử dụng phương pháp MO và 
BO

Từ bảng 2 ta thấy rằng TCF giảm dần trong khoảng 2-4% mol thành phần
PMnN nhưng khi thành phần PMnN lớn hơn 4% mol thì TCF dịch chuyển
từ dương sang âm.

3.5. Tính chất cơ học:

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

(2)

Các giá trị của c33D, vt, Zac, Nt của gốm BO gốm MO được tính tốn và liệt kê

ở bảng 3.

Bảng 3. Các thông số của vật liệu áp điện tổng hợp theo phương pháp MO và BO

3.6. Tính chất biến tử đầu dò và so sánh:

Biến tử đầu dò được chế tạo như ở hình 1 sử dụng phương pháp MO và BO
tại x = 0.04.

Hình 1. Cấu hình của biến tử đầu dò cho vật lý trị liệu

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Bảng 4. Các tính chất của biến tử đầu dị chế tạo từ gốm MO và BO

KẾT LUẬN

Nhiệt độ thiêu kết thích hợp là khoảng 11500C và với BO thì mật độ khối

cực đại là 7.82 g/cm3. Từ phân tích vi cấu trúc cho thấy rằng kích thước hạt

của gốm BO tăng khi x tăng và tại x > 0.03 hạt mịn với hệ thành phần
PMNZT-100x. Tính chất áp điện và sự ổn định nhiệt của gốm BO vượt trội
so vói gốm MO được thiêu kết tại 12600C. Thành phần tối ưu x = 0.04 đặc

trưng các giá trị kp(0.63), kt(0.5)…..

Từ các kết quả thu được ta thấy rằng phương pháp BO làm tăng các tính chất
áp điện và cải thiện được sự ổn định nhiệt độ do sự đồng nhất hóa học.

</div>

DE THI HOC KY

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về