Luận án Nghiên cứu các tính chất của vật liệu sắt điện không chứa chì nền Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) pha tạp Li dạng khối và BNKT20 dạng màng

 trúc đang ở dạng giả lập phương?. Trong 
báo cáo của A. Hussain và cộng sự đã chỉ ra rằng, khi thay thế một 
hàm lượng nhỏ Zr vào vị trí của Ti thì hệ số biến dạng Smax/Emax được 
tăng và đạt giá trị lớn nhất tại hàm lượng Zr khoảng 3 mol.% [66]. A. 
Hussain đã giải thích rằng chính sự biến dạng cấu trúc do pha tạp là 
nguyên nhân gây nên sự tăng cường độ biến dạng dưới tác dụng của 
điện trường [66]. Trong khi đó, S. Lee và cộng sự lại khẳng định sự 
tăng cường hệ số Smax/Emax khi thay thế Sn vào vị trí của Ti bắt nguồn 
từ sự chuyển pha từ phân cực (tứ giác và mặt thoi) sang không phân 
cực (giả lập phương) [90]. Do đó, hiện tượng gì cơ chế gì sẽ xảy ra 
nếu vị trí A như Na được thay thế bằng một nguyên tố khác trong khi 
hàm lượng Zr và Sn thay thế vị trí Ti được giữ cố định ở giá trị tối 
ưu?. 
Chính vì những đòi hỏi cấp bách trong thực tế về mặt định hướng 
ứng dụng và mặt học thuật, chúng tôi đã chọn đề tài: ‘‘Nghiên cứu 
các tính chất của vật liệu sắt điện không chứa chì nền 
Bi0,5(NaK)0,5TiO3 (BNKT) pha tạp Li dạng khối và BNKT20 
dạng màng„. 
Mục tiêu của luận án: 
- Tổng hợp thành công hai hệ gốm áp điện không chì BNKT đồng 
pha tạp Li, Sn và BNKT đồng pha tạp Li, Zr bằng phương pháp 
phản ứng pha rắn. 
5 
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên cấu trúc, tính 
chất sắt điện, tính chất áp điện và tính chất quang của vật liệu. 
Trên cơ sở giải thích kết quả thực nghiệm bằng các mô hình lý 
thuyết phù hợp, luận án đánh giá được cơ chế tăng cường tính 
chất sắt điện và tính chất áp điện của vật liệu, từ đó rút ra được 
phương hướng tối ưu nhằm nâng cao tính chất của vật liệu. 
- Tổng hợp thành công màng sắt điện không chì 
Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 (BNKT20) bằng phương pháp quay phủ 
sol-gel và nghiên cứu ảnh hưởng của độ dày lên tính chất sắt 
điện và độ dẫn của màng. 
Đối tượng nghiên cứu của luận án: 
- Hệ gốm áp điện không chì Bi0,5(Na0,82-xLixK0,18)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 
(BNKTS-xLi) với nồng độ Li thay thế, x từ 0,00 đến 0,05. 
- Hệ gốm áp điện không chì Bi0,5(Na0,78-xLixK0,22)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 
(BNKTZ–xLi) với nồng độ Li thay thế, x từ 0,00 đến 0,05. 
- Màng sắt điện không chì Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 (BNKT20) 
Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu: 
- Cách tiếp cận của nghiên cứu là vận dụng các mô hình lý thuyết 
và kết quả thực nghiệm của các công trình được công bố trên các 
tạp chí uy tín để tối ưu hóa quy trình công nghệ, phân tích và 
đánh giá kết quả đạt được. 
- Phương pháp nghiên cứu của luận án là phương pháp thực 
nghiệm. Sau khi chế tạo thành công vật liệu chúng tôi tiến hành 
khảo sát cấu trúc, đo đạc các tính chất sắt điện, tính chất áp điện 
và tính chất quang của vật liệu sau đó phân tích đánh giá kết quả 
thu được. 
Nội dung của luận án: 
- Khảo sát cấu trúc, phân tích pha tinh thể trên cơ sở phân tích dữ 
liệu nhiễu xạ tia X và phổ tán xạ Raman. 
- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ pha tạp lên tính chất sắt điện, 
tính chất áp điện, tính chất quang học của vật liệu, từ đó tìm ra 
nồng độ pha tạp tối ưu để vật liệu cho tính chất tốt nhất. 
6 
- Tổng hợp màng sắt điện không chì BNKT20 bằng phương pháp 
quay phủ sol-gel và khảo sát ảnh hưởng của độ dày màng lên 
tính chất sắt điện và tính dẫn của màng. 
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: 
- Luận án là một công trình nghiên cứu khoa học cơ bản có định 
hướng ứng dụng. Đối tượng nghiên cứu của luận án là vật liệu 
sắt điện không chì nền BNKT được dự báo có thể thay thế cho 
vật liệu sắt điện nền chì PZT. 
- Luận án đã giải thích một cách rõ ràng cơ chế của sự chuyển pha 
cấu trúc trong gốm BNKT khi nồng độ pha tạp tăng. 
- Luận án đã làm sáng tỏ mối quan hệ khăng khít giữa sự chuyển 
pha cấu trúc với sự thay đổi trong tính chất sắt điện, tính chất áp 
điện và tính chất quang học của vật liệu nền BNKT. 
- Trên cơ sở đó luận án đã đưa ra được phương hướng để cải thiện 
tính chất áp điện của vật liệu nền BNKT. 
Bố cục của luận án: 
Luận án được trình bày trong 125 trang (không kể phần mục lục 
và danh mục các tài liệu tham khảo) với cấu trúc gồm có: 
Mở đầu: Giới thiệu lý do chọn đề tài, đối tượng nghiên cứu, mục 
tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu 
của luận án. 
Chương 1: Tổng quan. 
Chương 2: Các kỹ thuật thực nghiệm. 
Chương 3: Cấu trúc và tính chất của gốm 
Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 pha tạp Li. 
Chương 4: Cấu trúc và tính chất của gốm 
Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 pha tạp Li. 
Chương 5: Tính chất của màng sắt điện không chì 
Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 tổng hợp bằng phương pháp quay phủ sol-
gel. 
Kết luận: Trình bày tóm lược các kết quả chính của luận án. 
Các kết quả chính của luận án đã được công bố trong 09 công 
trình khoa học (trong đó có 03 bài báo đã được đăng trên tạp chí 
chuyên ngành quốc tế ISI, 01 bài báo được đăng trên tạp chí khoa 
7 
học chuyên ngành trong nước, 05 báo cáo tại Hội nghị trong nước và 
quốc tế). 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 
Nội dung của chương 1 tập trung vào một số vấn đề chính sau: 
- Cơ sở lý thuyết về tính chất sắt điện, tính chất áp điện, biên pha 
hình thái học của vật liệu sắt điện được trình bày với mục đích cung 
cấp cái nhìn sâu sắc về ảnh hưởng của các quá trình khác nhau tới 
tính chất của thiết bị sắt điện, như bộ nhớ sắt điện hay các hệ vi cơ 
điện tử. 
- Những kết quả gần đây trong việc nghiên cứu vật liệu áp điện 
không chì nền BNKT được trình bày trên cơ sở phân tích ảnh hưởng 
của việc pha tạp nguyên tố và dung dịch rắn loại perovskite ABO3 
đến tính chất của vật liệu. Hầu hết các nghiên cứu đều khẳng định sự 
cải thiện hệ số áp điện được quan sát ở trên liên quan đến (i) sự méo 
cấu trúc, (ii) sự chuyển pha từ pha phân cực sang pha không phân 
cực, và (iii) sự phát triển của pha phân cực trong ma trận pha không 
phân cực. 
- Trên cơ sở quy luật cải thiện tính chất áp điện của vật liệu nền 
BNKT được khám phá, chúng tôi đề xuất nghiên cứu tổng hợp và 
tính chất của hai hệ gốm Bi0,5(Na0,82-xK0,18Lix)0,5Ti0,95Sn0,05O3 
(BNKTS-xLi) và Bi0,5(Na0,78-xK0,22Lix)0,5(Ti0,97 Zr0,03)O3 (BNKTZ–
xLi) (với x = 0,00, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, và 0,05). 
- Bên cạnh vật liệu sắt điện dạng gốm, màng mỏng sắt điện cũng 
chiếm một vị trí quan trọng bởi được sử dụng trong nhiều ứng dụng 
thực tế. Với mong muốn tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo, 
chúng tôi đề xuất nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng mỏng sắt 
điện Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 (BNKT20). 
CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 
Chương này giới thiệu hai phương pháp chế tạo mẫu khối và mẫu 
màng được sử dụng trong luận án. Đối với mẫu khối, chúng tôi đã sử 
dụng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống để chế tạo các hệ 
mẫu BNKTS-xLi và BNKTZ-xLi. Đối với mẫu màng BNKT, chúng 
8 
tôi đã lựa chọn phương pháp sol-gel bởi sự tiện dụng và hiệu quả của 
nó. Để thuận tiện cho tiến trình thực nghiệm, quy trình chi tiết từng 
phương pháp được chúng tôi phân tích, trình bày một cách cụ thể. 
Ngoài ra, các phương pháp đo khảo sát cấu trúc và tính chất của vật 
liệu như phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ 
UV-Vis, các phép đo tính chất điện, phép đo tính chất áp điện... được 
trình bày chi tiết. Chương này có thể coi là cơ sở là tiền đề cho các 
bước chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu sau này. 
CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM 
Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,95Sn0,05)O3 PHA TẠP Li 
3.2 Cấu trúc tinh thể của gốm BNKTS-xLi 
Với giản đồ XRD được tập trung trong dải 38-42 và 44-48, 
hình 3.2 (b) minh họa một cách rõ nét vai trò của ion Li+ và Sn4+ lên 
cấu trúc của gốm áp điện không chì BNKT. Trong mẫu gốm BNKT 
không pha tạp, dữ liệu XRD cho thấy sự tồn tại đồng thời của pha tứ 
giác và pha mặt thoi, điều này được minh chứng bởi sự tách các đỉnh 
(003)R/(021)R ở xung quanh góc nhiễu xạ 40 đặc trưng cho pha mặt 
thoi và (002)T/(200)T ở góc nhiễu xạ 46,5 đặc trưng cho pha tứ giác. 
Tuy nhiên các đỉnh này có xu hướng chập lại thành các đỉnh đơn 
(111)PC và (002)PC đặc trưng cho pha giả lập phương khi 5 mol.% Sn 
được thay thế cho Ti tại vị trí bát diện, kéo theo sự chuyển pha từ 
pha mặt thoi và tứ giác đến pha giả lập phương. Một điều thú vị, khi 
nồng độ Li pha tạp tăng, các đỉnh đơn (200)PC and (111)PC lại có xu 
hướng tách thành các đỉnh kép (002)T/(200)T và (003)R/(021)R đặc 
trưng cho kiểu đối xứng tứ giác và mặt thoi tương ứng, như được 
quan sát trong hình 3.2 (b). 
9 
Hình 3.2 (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm BNKT và BNKTS-
xLi trong dải góc nhiễu xạ 2: 10-80 và (b) giản đồ nhiễu xạ tia X 
của hệ mẫu trong dải góc nhiễu xạ 2: 38-42 và 44-48 . 
3.4 Tính chất sắt điện của gốm BNKTS-xLi 
Hình 3.5 (a) minh họa chu trình điện trễ (P-E) của các mẫu gốm 
BNKTS-xLi ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy các mẫu gốm đều có 
đường cong điện trễ đặc trưng của vật liệu sắt điện. Để thấy rõ ảnh 
hưởng của sự thay thế Li lên tính chất sắt điện của gốm, độ phân cực 
cực đại (Pm) và trường điện kháng (EC) được biểu diễn theo nồng độ 
Hình 3.5 (a) Chu trình điện trễ của gốm BNKTS-xLi tại nhiệt độ 
phòng, (b) sự phụ thuộc của độ phân cực cực đại và trường điện 
kháng vào nồng độ Li thay thế. 
Li trong hình 3.5 (b). Đối với mẫu BNKTS không pha tạp, Pm có 
giá trị là 21,8 μC/cm2. Độ phân cực cực đại chứng kiến một sự tăng 
lên đáng kể theo sự tăng nồng độ Li thay thế và đạt giá trị cực đại là 
10 
25,7 μC/cm2 ở 3 mol.% Li trước khi giảm nhẹ ở các nồng độ Li cao 
hơn. Sự cải thiện đáng kể độ phân cực cực đại ứng với sự tăng nồng 
độ Li thay thế dưới 3 mol.% rất phù hợp với kết quả phân tích XRD 
và phổ Raman phía trên. Khi ion Li thay thế vào vị trí Na của cấu 
trúc perovskite, bát diện [TiO6] bị méo dạng, gây nên chuyển pha cấu 
trúc từ pha giả lập phương sang pha tứ giác và mặt thoi phân cực 
hơn. 
3.5 Phổ hấp thụ UV-vis của gốm BNKTS-xLi 
Hình 3.7 (b) minh họa sự phụ thuộc của bình phương độ hấp thụ 
(αhγ)2 theo năng lượng photon (hγ) của hệ BNKTS-xLi, giản đồ đính 
kèm minh họa sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm theo nồng độ Li thay 
thế. Sự dịch chuyển của đỉnh hấp thụ về phía bước sóng cao hơn xảy 
ra khi nồng độ Li thay thế tăng, chứng tỏ độ rộng vùng cấm giảm. 
Do đó, giá trị độ rộng vùng cấm Eg được xác định dựa trên phương 
pháp ngoại suy tuyến tính giản đồ hấp thụ của gốm BNKTS-xLi áp 
dụng cho kiểu dịch chuyển gián tiếp với n = 2. Sự phụ thuộc độ rộng 
vùng cấm của gốm vào nồng độ Li thay thế được minh họa trên hình 
3.7 (b). Khi nồng độ Li thay thế tăng từ 0 đến 5 mol.%, độ rộng vùng 
cấm Eg giảm liên tục từ 2,99 đến 2,84 eV. 
Hình 3.7 (a) Phổ hấp thụ UV-vis của gốm BNKTS-xLi với nồng 
độ Li pha tạp từ x từ 0 đến 0,05, (b) sự phụ thuộc của bình phương 
độ hấp thụ (αhγ)2 theo năng lượng photon (hγ) của hệ BNKTS-xLi, 
giản đồ đính kèm minh họa sự phụ thuộc của độ rộng vùng cấm theo 
nồng độ Li thay thế. 
11 
3.6 Tính chất áp điện của gốm BNKTS-xLi 
Hình 3.9 (a) minh họa đường cong biến dạng gây bởi điện trường 
của gốm BNKT và BNKTS-xLi với điện trường đặt vào là ±6 
kV/mm. Nhìn chung, tất cả các đường cong biến dạng đều có dạng 
hình cánh bướm (butterfly-shaped) đặc trưng cho kiểu vật liệu áp 
điện. Một điều thú vị là, khi ion Sn4+ and Li+ được thay thế tương 
ứng cho vị trí của Ti+4 và Na+, thì tính chất áp điện của gốm BNKT 
tăng cường mạnh mẽ. 
Hình. 3.9 (a) Đường cong biến dạng gây bởi điện trường S-E của 
gốm BNKT và BNKTS-xLi với nồng độ Li thay thế từ 0 đến 0,05, (b) 
độ biến dạng cực đại và hệ số dẫn nạp áp điện của BNKT và 
BNKTS-xLi là hàm của nồng độ Li thay thế. 
Từ chu trình S-E, hệ số dẫn nạp áp điện d *33 của gốm BNKT và 
BNKTS-xLi được tính toán theo biểu thức d *33 = Smax/Emax và biểu 
diễn như một hàm phụ thuộc vào nồng độ Li pha tạp trong hình 3.9 
(b). Biểu đồ cho thấy rằng giống như Smax, 
 tăng mạnh cùng với 
sự tăng của nồng độ Li pha tạp và đạt giá trị cực đại là 590 pm/V tại 
x = 0,04, trước một sự giảm mạnh xuống 448 pm/V ở 5 mol.% Li 
pha tạp. 
3.7 Kết luận chương 3 
Trong chương này, gốm áp điện không chì BNKTS-xLi với nồng 
độ Li thay thế từ 0 đến 5 mol.% được chế tạo và khảo sát tính chất. 
12 
Dưới đây là tóm lược một số kết quả chính đạt được của hệ gốm chì 
BNKTS-xLi: 
- Kết quả nghiên cứu đã cho thấy cấu trúc vật liệu chuyển từ pha 
giả lập phương sang pha tứ giác/mặt thoi ứng với sự tăng nồng 
độ Li thay thế. 
- Độ phân cực cực đại tăng từ 21,8 đến 25,7 μC/cm2 bắt nguồn bởi 
sự thay thế Li vào vị trí A. 
- Độ rộng vùng cấm của vật liệu BNKTS-xLi cũng chứng kiến 
một xu hướng giảm từ 2,99 xuống 2,84 eV. 
- Hệ số dẫn nạp áp điện cực đại thu được có giá trị là 590 pm/V ở 
nồng độ Li pha tạp x = 0,04. 
CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA GỐM 
Bi0,5(NaK)0,5(Ti0,97Zr0,03)O3 PHA TẠP Li 
4.3 Cấu trúc của gốm BNKTZ–xLi 
Giản đồ XRD trong dải góc nhiễu xạ quan sát cho thấy các đỉnh 
nhiễu xạ rộng và không đối xứng. Điều này được chúng tôi cho là do 
sự chồng chập của nhiều đỉnh. Để sáng tỏ vấn đề này, chúng tôi đã 
sử dụng phương pháp khớp hàm Lorentzian cho từng đỉnh. Rõ ràng 
trong mỗi đỉnh nhiễu xạ hình 4.4 đều là sự kết hợp của hai đỉnh đơn 
riêng biệt, như được minh họa bởi các đường đứt nét màu đỏ. Các 
đỉnh đôi (003)/(021) và (002)/(200) tương ứng trong dải góc nhiễu 
xạ từ 39,0° đến 40,5° và từ 44,0° đến 48,0° là bằng chứng cho thấy 
sự đồng thời tồn tại của pha mặt thoi và pha tứ giác trong gốm áp 
điện BNKTZ–xLi. Và không có sự chuyển pha nào được quan sát 
thấy khi Li được thay thế vào vị trí A của cấu trúc perovskite. Một sự 
quan sát kỹ cho thấy vị trí các đỉnh nhiễu xạ có xu hướng dịch về 
phía góc nhiễu xạ lớn trước khi đạt trạng thái ổn định ở nồng độ Li 
pha tạp là 2 mol.%. Điều đó chứng tỏ ion Li+ gây nên biến dạng nén 
cục bộ khi nó được thế vào vị trí Na trong mạng perovskite. 
13 
Hình 4.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm BNKTZ–xLi với nồng 
độ Li thay thế x = 0,00, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04 và 0,05. 
Hình 4.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm BNKTZ–xLi trong dải 
(a) từ 39,0° đến 40,5° và (b) từ 44,0° đến 48,0°. 
4.4 Quang phổ hấp thụ của gốm BNKTZ–xLi 
Ảnh hưởng của sự thay thế Li vào vị trí A lên quang phổ hấp thụ 
ở nhiệt độ phòng của gốm BNKTZ được minh họa trong hình 4.5(a). 
Để thuận tiện hơn cho việc phân tích, bình phương độ hấp thụ của 
gốm BNKTZ–xLi ứng với các nồng độ Li thay thế khác nhau được 
biểu diễn theo năng lượng như minh họa trên hình 4.5(b). Sự thay 
14 
đổi độ rộng vùng cấm của gốm theo nồng độ Li được minh họa trong 
hình 4.5 (b). Hình vẽ cho thấy độ rộng vùng cấm giảm nhẹ từ 2,88 
eV đến 2,68 eV khi nồng độ ion Li+ thay thế tăng từ 0 đến 5 mol.%. 
Vì vậy chúng tôi cho rằng sự giảm Eg trong gốm BNKTZ bắt nguồn 
từ sự thay đổi liên kết giữa vị trí A và ô xy khi Li được bổ sung. 
Hình 4.5 (a) Quang phổ hấp thụ UV-Vis ở nhiệt độ phòng của 
gốm BNKTZ-xLi và (b) bình phương hệ số hấp thụ của gốm BNKTZ-
xLi được biểu diễn theo năng lượng sóng. Giản đồ kèm theo hình 4.5 
(b) minh họa độ rộng vùng cấm của gốm BNKTZ-xLi theo nồng độ Li 
thay thế. 
4.5 Tính chất sắt điện của gốm BNKTZ–xLi 
Hình 4.6 minh họa đường cong điện trễ của gốm BNKTZ-xLi ở 
nhiệt độ phòng. Nhìn chung, tất cả các mẫu đều cho dạng đường trễ 
sắt điện P-E ở nhiệt độ phòng đặc trưng cho vật liệu sắt điện. Độ 
phân cực cực đại Pm và độ phân cực dư Pr của gốm theo nồng độ Li 
thay thế được liệt kê trong bảng 4.4. Khi nồng độ Li thay thế tăng, cả 
độ phân cực cực đại (Pm) và độ phân cực dư (Pr) đều có xu hướng 
giảm, từ 46,2 xuống 26,1 μC/cm2 cho độ phân cực cực đại và từ 22,6 
xuống 8,4 μC/cm2 đối với độ phân cực dư. 
15 
Hình 4.6 Đường cong điện trễ ở nhiệt độ phòng của gốm 
BNKTZ-xLi với các nồng độ Li thay thế khác nhau. 
4.6 Đáp ứng điện môi của gốm BNKTZ–xLi 
Hình 4.7 (a) Sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện môi trong 
gốm BNKTZ-xLi ở tần số 1kHz, (b) sự thay đổi giá trị của Td và Tm 
theo nồng độ Li thay thế trong gốm BNKTZ. 
Hình 4.7 (a) minh họa sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số điện 
môi và độ tổn hao điện môi của gốm BNKTZ-xLi ở tần số 1kHz. Sự 
thay đổi giá trị của Td và Tm theo nồng độ Li thay thế trong gốm 
BNKTZ được thể hiện trong hình 4.7 (b). Giản đồ cho thấy cả Td và 
Tm đều biến thiên theo nồng độ ion Li
+
 pha tạp. Nhiệt chuyển pha thứ 
nhất Td dịch về phía nhiệt độ cao khi nồng độ Li thay thế tăng và đạt 
16 
điểm cực đại là 411 K ở 2 mol.% Li pha tạp, trước khi giảm xuống 
403 K ở 5 mol.%. Trái với Td, nhiệt chuyển pha thứ hai Tm tăng đều 
đáng kể từ 557 đến 615 K khi nồng độ Li thay thế tăng từ 0 đến 5 
mol.%. 
4.7 Tính chất áp điện của gốm BNKTZ–xLi 
Hình 4.8 (a) Đường trễ biến dạng gây bởi điện trường một chiều 
của gốm BNKTZ-xLi với x = 0,00–0,05, (b) độ biến dạng cực đại 
Smax và hệ số áp điện d33 được biểu diễn như một hàm phụ thuộc 
nồng độ Li thay thế. 
Đường trễ áp điện gây bởi điện trường một chiều của gốm 
BNKTZ-xLi với x = 0,00–0,05 được minh họa trong hình 4.8(a). 
Dưới tác dụng của trường đơn cực, các mẫu gốm đều cho các đường 
cong biến dạng hình nửa cánh bướm đặc trưng cho vật liệu áp điện. 
Độ biến dạng cực đại Smax và hệ số áp điện d33 ứng với các nồng độ 
Li thay thế khác nhau trong gốm BNKTZ-xLi được xác định và liệt 
kê trong bảng 4.6. Để nghiên cứu rõ hơn ảnh hưởng của ion Li pha 
tạp lên tính chất áp điện của vật liệu, độ biến dạng cực đại Smax và hệ 
số áp điện d33 được biểu diễn như một hàm phụ thuộc nồng độ Li 
thay thế, hình 4.8(b). Độ biến dạng của gốm BNKTZ tăng từ 0,42% 
đến 0,45% ở điện trường 70kV/cm khi nồng độ Li thay thế tăng từ 
0,00 đến 0,02, trước khi giảm về 0,31% ở 5 mol.% ion Li. Xu hướng 
tương tự cũng được thể hiện trong hệ số dẫn nạp áp điện Smax/Emax 
của gốm BNKTZ, với một sự tăng cường đáng kể hệ số áp điện được 
quan sát ở 2 mol.% Li thay thế. Phù hợp với kết quả nghiên cứu được 
17 
công bố bởi Ali và cộng sự trên gốm nền BNKT pha tạp Zr, mẫu 
gốm BNKTZ ở x = 0,00 cho hệ số áp điện d33 là 600 pm/V [68]. Khi 
nồng độ Li thay thế tăng, hệ số áp điện Smax/Emax của gốm cũng tăng 
và đạt giá trị cực đại là 643 pm/V ở 2 mol.%, giá trị mà có thể so 
sánh tương đương với hệ số áp điện tốt nhất của gốm PZT mềm 
[142]. Tuy nhiên, hệ số áp điện Smax/Emax sau đó lại có xu hướng giảm 
xuống 442 pm/V tại x = 0,05 tương ứng với độ biến dạng 0,31%. 
4.8 Kết luận chương 4 
Trong mục này, vai trò của ion Li+ pha tạp lên tính chất của gốm 
áp điện không chì Bi0,5(Na0,78K0,22)0,5Ti0,97Zr0,03O3 được nghiên cứu 
và trình bày chi tiết. Các kết quả nổi bật trong chương này là: 
- Các đỉnh (021) và (200) có sự dịch chuyển nhỏ về phía góc nhiễu 
xạ lớn hơn theo nồng độ Li thay thế. Chứng tỏ thành phần pha 
của gốm có sự thay đổi về phía pha mặt thoi trong biên pha hình 
thái của gốm BNT. 
- Hệ số áp điện Smax/Emax của gốm được tăng cường đáng kể từ 600 
đến 643 pm/V ở nồng độ Li thay thế x = 0,02. 
- Độ phân cực cực đại Pm của gốm chứng kiến một sự suy giảm từ 
46,2 xuống 26,1 μC/cm2 khi nồng độ Li thay thế tăng từ 0,00 đến 
0,05. 
- Độ rộng vùng cấm của gốm giảm từ 2,88 xuống 2,68 eV ứng với 
nồng độ Li thay thế từ 0 đến 5 mol.%. 
CHƯƠNG 5: TÍNH CHẤT CỦA MÀNG SẮT ĐIỆN 
KHÔNG CHÌ Bi0,5(Na0,80K0,20)0,5TiO3 TỔNG HỢP BẰNG 
PHƯƠNG PHÁP QUAY PHỦ SOL-GEL 
5.1 Cấu trúc tinh thể của màng BNKT20 
Hình 5.1 minh họa giản đồ XRD của màng mỏng BNKT20 được 
nung ở nhiệt độ 700°C. Dữ liệu nhiễu xạ cho thấy bên cạnh pha đa 
tinh thể kiểu perovskite được đặc trưng bởi các định hướng tinh thể 
(100), (110) và (200) ở các góc nhiễu xạ 2θ tương ứng 23o, 32,5o và 
18 
46,5
o, màng BNKT20 vẫn chứa đỉnh nhiễu xạ của pha trung gian 
pyrochlore không mong muốn tại góc nhiễu xạ 2θ là 30,2° [226]. Sự 
hiện diện của pha pyrochlore trong màng mỏng BNKT20 tương tự 
kết quả thực nghiệm được quan sát ở màng Bi3,25La0,75Ti3O12 [114] 
được cho là bắt nguồn từ sự bay hơi của bitmut, kali hoặc natri ở 
nhiệt độ cao. 
Hình 5.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng mỏng BNKT20 được 
nung ở nhiệt độ 700oC. 
5.3 Ảnh hưởng của độ dày lên tính chất sắt điện của màng 
BNKT20 
Họ đường cong điện trễ (P-E) của màng mỏng BNKT2