Chế tạo và nghiên cứu các tính chất điện của hệ vật liệu KNLNS-BNKT

- Trong các vật liệu gốm truyền thống, các hạt định hướng ngẫu nhiên, và các tính chất đo được chính là giá trị trung bình của tất cả các hạt. Các tính chất của gốm (đa tinh thể) luôn nhỏ hơn so với đơn tinh thể. Gần đây, công nghệ được sử dụng để định hướng sự phát triển tinh thể của vật liệu (tức là sự sắp xếp cùng hướng trục tinh thể trong các hạt theo một định hướng xác định) được gọi là kỹ thuật định hướng (texturing enginering). Vì vậy, các tính chất áp điện của chúng lớn hơn so với gốm truyền thống, gần ngang bằng với các đơn tinh thể. Hệ gốm không chì (1-x)(K0,48Na0,48Li0,04)(Nb0,95Sb0,05)O3 - xBi0,5(Na0,4K0,1)TiO3 (KNLNS-BNKT) được tổng hợp thành công bằng phương pháp phát triển hạt trên khuôn định hướng NaNbO3 kết hợp với phương pháp thiêu kết hai bước; - Ảnh hưởng của các thông số trong quy trình công nghệ đến sự hình thành pha và các tính chất vật lý của hệ gốm KNLNS-BNKT đã được nghiên cứu một cách có hệ thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy các tính chất điện tốt của gốm không chì KNLNS-BNKT thu được trong điều kiện tối ưu: T2 = 1050°C và x = 0,02 mol; - Nghiên cứu một cách hệ thống các tính chất điện môi, sắt điện, áp điện sẽ đóng góp thêm những hiểu biết sâu về các gốm đa thành phần trên nền BNKT. Đề tài này góp phần xây dựng, hoàn thiện công nghệ mới để chế tạo các vật liệu áp điện không chì với các tính chất áp điện tốt; - Bên cạnh đó, hệ gốm 0,98KNLNS-0,02BNKT chế tạo theo phương pháp phát triển hạt có độ định hướng hạt 82% thể hiện tính chất điện môi, áp điện và sắt điện tốt hơn so với gốm chế tạo theo phương pháp gốm truyền thống (ε = 1223, d33 = 245 pC/N và kp = 0,40 tăng lần lượt là 11,7%, 25% và 11%).

- Bằng phương pháp cán sử dụng thiết bị đơn giản, công trình có thể áp dụng rộng rãi để chế tạo hệ gốm định hướng bao gồm cả hệ gốm chứa chì và không chứa chì. Thông qua công bố tạp chí quốc gia, quốc tế và các hoạt động trao đổi nghiên cứu khác như seminar và các hội thảo khoa học chúng tôi sẵn sàng chuyển giao quy trình chế tạo cho các nhà khoa học vật liệu muốn áp dụng quy trình của chúng tôi. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc phát triển nghiên cứu và chuyển giao các hệ vật liệu không chứa chì nhằm thay thế các vật liệu gốm trên cơ sở PZT cho các ứng dụng trong tương lai. - Quy trình chế tạo hệ gốm sắt điện không chì định hướng có thể áp dụng được cho nhiều đơn vị trường học và viện nghiên cứu. Bên cạnh đó, đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong nghiên cứu, đào tạo và giảng dạy lĩnh vực vật lý chất rắn và khoa học vật liệu.

1. Hiệu quả kinh tế: - Bằng bằng phương pháp cán sử dụng thiết bị rất đơn giản, chúng tôi đã chế tạo thành công hệ gốm KNLNS-BNKT định hướng. Góp phần quan trọng trong việc chủ động phát triển công nghệ cao, giá thành thấp, mang thương hiệu Việt; - Ảnh hưởng của các nhiệt độ thiêu kết đến cấu trúc, vi cấu trúc và các tính chất điện của hệ vật liệu gốm không chì định hướng trên cơ sở KNLNS-BNKT cũng được nghiên cứu. Nhằm tối ưu hóa công nghệ chế tạo để giảm thời gian và kinh phí cho quá trình sản xuất; - Hệ gốm 0,98KNLNS-0,02BNKT chế tạo theo phương pháp phát triển hạt có độ định hướng hạt 82% thể hiện tính chất điện môi, áp điện và sắt điện tốt hơn so với gốm chế tạo theo phương pháp gốm truyền thống (ε = 1223, d33 = 245 pC/N và kp = 0,40 tăng lần lượt là 11,7%, 25% và 11%). 2. Hiệu quả kỹ thuật: Hiện nay trên thế giới, có nhiều phương pháp được đưa ra nhằm sắp xếp trật tự các hạt trong gốm để từ đó kiểm soát sự phát triển định hướng của chúng. Có thể kể đến là phương pháp rèn nóng (Hot forge), định hướng bằng từ trường (Magnetic orientation) và kéo tấm (Tape casting). Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hởi kỹ thuật phức tạp và thiết bị đắt tiền không phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm của chúng tôi; Từ thực tế đó, chúng tôi chọn phương pháp phát triển hạt trên cơ sở khuôn định hướng. Đây là phương pháp đơn gian, hiệu quả và không đòi hỏi đầu tư trang thiết bị lớn. Chất lượng sản phẩm tương đương với các phương pháp kể trên. 3. Hiệu quả xã hội: Bằng bằng phương pháp cán sử dụng thiết bị rất đơn giản, chúng tôi đã chế tạo thành công hệ gốm KNLNS-BNKT định hướng. Góp phần quan trọng trong việc chủ động phát triển công nghệ cao, giá thành thấp, mang thương hiệu Việt; Đặc biệt, giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội, nâng cao đời sống của người dân và doanh nghiệp thân thiện với môi trường đồng thời nâng cao chất lượng và giá cả giải quyết vấn đề tăng thu nhập và giải phóng sức lao động.