BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU

THÂN TRỌNG HUY NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT
CỦA GỐM ÁP ĐIỆN
[(1-x)Pb(Zr,Ti)O
3
+ xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
]
x = 0 ÷ 12%mol (PZT-PMnN) PHA TẠP La
1/3
Nb
2/3
)O
3
]
x = 0 ÷ 12%mol (PZT-PMnN) PHA TẠP La
CHUYÊN NGÀNH : VẬT LIỆU ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ : 62440123
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆUNGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. PGS. TS. LÊ VĂN HỒNG
2. TS. TRƯƠNG VĂN CHƯƠNG

Hà Nội, tháng 3 năm 2014 LỜI CAM ĐOAN


tận tụy với học trò và nghiêm túc trong nghiên cứu khoa học, trong hiện tại và cả
mai sau.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam, Viện Khoa học Vật liệu, trường Đại học Khoa học Huế và
trường Đại học Phú Xuân đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất cũng như
tinh thần để tôi thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn GS. TS. Viện trưởng Nguyễn Quang Liêm, GS. TSKH.
Nguyễn Xuân Phúc, GS. TS. Đào Trần Cao, PGS. TS. Nguyễn Xuân Nghĩa, các TS.
Vũ Đình Lãm, Lê Văn Tuất đã thường xuyên quan tâm và động viên tôi trong quá
trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Mạnh Sơn, các
TS. Trần Đăng Thành, Đỗ Hùng Mạnh và Nguyễn Đình Tùng Luận đã có nhiều bàn
luận khoa học và ý kiến đóng góp quý giá.
Trong suốt thời gian thực hiện luận án, tôi luôn luôn được sự động viên, chia
sẻ và giúp đỡ của tập thể cán bộ các đơn vị: Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học
- Đại học Huế cũng như Phòng thí nghiệm các Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa
học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong thời gian
thực hiện công việc xa nhà, tôi như vẫn được sống trong không khí gia đình, lòng
biết ơn của tôi không thể diễn tả được bằng lời.
Tôi cũng mong muốn được cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã
động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn các đồng
nghiệp trong trường Đại học Phú Xuân đã quan tâm, hỗ trợ tôi trong công việc để
tôi có điều kiện thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi tới những người thân yêu trong gia đình nhỏ của tôi
lòng biết ơn vượt ngoài giới hạn của ngôn từ. Sự động viên, hỗ trợ và hy sinh thầm
lặng của bố mẹ, vợ con, anh em thực sự thể hiện những tình cảm vô giá, là nguồn
động lực tinh thần vô cùng mạnh mẽ giúp tôi kiên trì vượt qua khó khăn, trở ngại để
đi đến kết quả cuối cùng.
Mong rằng hai con Duy - Hân sẽ nỗ lực học tập hơn nữa để vươn tới thành
công trên con đường học vấn, góp phần làm sáng danh dòng họ.


huyển pha sắt điện. Lý thuyết
Ginzburg- Landau- Devonshire
12

1.1.3. Sắt điện chuyển pha nhòe 15

1.2. TÍNH CHẤT CỦA CÁC VẬT LIỆU ÁP ĐIỆN 17

1.2.1. Các thông số áp điện quan trọng 17

1.2.2. Phương trình trạng thái mô tả hiệu ứng áp điện 19

1.3. VẬT LIỆU GỐM PZT-PMnN 21

1.3.1. Vật liệu PZT pha tạp 21

1.3.2. PZT pha tạp Mn và Nb 29

1.3.3. Một số tính chất của gốm áp điện PZT-PMnN 33

Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
37

2.1. CHẾ TẠO MẪU 37

2.1.1. Quy trình chế tạo mẫu gốm bằng phương pháp truyền thống 37

2.1.2. Máy nghiền hành tinh PM400/2 38

2.1.3. Một số vấn đề và giải pháp trong tổng hợp vật liệu 38

t
53

2.4.6. Xác định các thông số vật liệu áp điện theo chuẩn 87 53

Chương 3. CHẾ TẠO GỐM ÁP ĐIỆN PZT - PMnN
58

3.1. CHẾ TẠO GỐM ÁP ĐIỆN PE-ROV-SKIT 3 THÀNH PHẦN PZT-
PMnN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CO-LUM-BIT

58

3.1.1. Nguyên liệu đầu vào 58

3.1.2. Chế tạo vật liệu 60

3.2. CHẤT LƯỢNG VẬT LIỆU GỐM 65

3.2.1. Xác định khối lượng riêng của vật liệu sau thiêu kết 65

3.2.2. Phân tích thành phần pha của gốm PZT - PMnN 68

3.2.3. Ảnh SEM của vật liệu trong quá trình chế tạo gốm 73

3.3. CHẾ TẠO VẬT LIỆU PZT - PMnN PHA TẠP LANTAN (La) 76

3.3.1. Chế tạo vật liệu PZT - PMnN pha tạp La 76

3.3.2. Phân tích vật liệu 76

5.1.2. Ép sơ bộ để chế tạo biến tử ghép 115

5.1.3. Lắp ráp cụm biến tử ghép 117

5.1.4. Lắp máy rửa siêu âm

120

5.1.5. Đánh giá tính chất vật liệu trong trường mạnh
122

5.1.6. Ứng dụng sóng siêu âm trong chế tạo vật liệu
124

5.2. MÁY PHÁT SIÊU ÂM DẢI RỘNG
126

5.2.1. Mạch điện tử phát sóng siêu âm dải rộng
126

5.2.2. Đặc tính của máy phát siêu âm dải rộng
127

KẾT LUẬN
131

CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
133

TÀI LIỆU THAM KHẢO

C
Trường điện kháng (V/m).
F Năng lượng tự do Gibbs.
f
s
, f
p
Tần số cộng hưởng nối tiếp, song song (Hz).
f
a
, f
r
Tần số cộng hưởng và phản cộng hưởng (Hz).
f
m
, f
n
Tần số cộng hưởng ứng với giá trị Z
m
và Z
n
(Hz).
G Độ dẫn (Ω
-1
).
GLD Ginzburg – Landau – Devonshire.
g
ịj
Hệ số điện áp áp điện, (10
-3

P
r
Độ phân cực dư (C/m
2
).
P
s
Độ phân cực tự phát (C/m
2
).
PMN Pb(Mg
1/3
Nb
2/3
)O
3
.
PMnN Pb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
.

ii

PMS Pb(Zr,Ti)O
3
-Pb(Sb

Ti
1-x
)O
3
.
PZT 53/47 Pb(Zr
0,53
Ti
0,47
)O
3
.
Q
e
Độ phẩm chất cộng hưởng điện.
Q
m
Độ phẩm chất cơ.
SBT SrBi
2
Ta
2
O
9
.SEM Hiển vi điện tử quét.
S-T (phương pháp) Sawyer – Tower.
s

Nhiệt độ chuyển pha (°C, K). Với sắt điện thường, T
C
= Θ.
T
m
Nhiệt độ ứng với hằng số điện môi cực đại (°C, K).

VG (phương pháp) đất ảo (Virtual Ground).
v Vận tốc.
v
0
Vận tốc dao động cơ của vật liệu khi nhiệt độ tăng lên 20
o
C.
Y Mô-đun đàn hồi (mô-đun Young).

iii

Z, X
e
, R
e
Tổng trở, các thành phần thực và ảo tương ứng (Ω).
XRD Nhiễu xạ tia X (X – ray diffractometer).
Z
min
, Z
max
Cực tiểu và cực đại của trở kháng Z (Ω).
ε

χ
= (
ε
’ /
ε
0
) – 1.
ρ Khối lượng riêng (kg/m
3
).
σ

Mật độ điện tích bề mặt (C/m
2
).
σ

E
,
σ

P

Hệ số Poisson.
Θ Nhiệt độ Curie (°C, K).
ω Tần số góc (rad/s).
% mol. Tỷ lệ hoặc hàm lượng, tính theo % phân tử.
% wt. Tỷ lệ hoặc hàm lượng tính theo % khối lượng.

iv

.
Hình 1.8. Sự phụ thuộc nhiệt độ và tần số của độ thẩm điện môi của PMN-PT.
Hình 1.9. Các trục tham chiếu.
Hình 1.10. Giản đồ pha PZT với biên pha hình thái giữa 2 vùng mặt thoi và tứ
giác.
Hình 1.11. Pha lập phương thuận điện và các pha sắt điện: tứ giác, 6 phương
phân cực [001] trực thoi, 12 phương phân cực [110] và mặt thoi, 8
phương phân cực [111].
Hình 1.12. Pha tạp mềm trong gốm PZT.
Hình 1.13. Pha tạp cứng trong gốm PZT
Hình 1.14. Cấu trúc của các perovskite phức A(B
3+
1/2
B
5+
1/2
)O
3
và
A(B
2+
1/3
B
5+
2/3
)O
3
.
Hình 1.15. (a) Giản đồ pha gốm 3 thành phần PbZrO
3

0,52
Ti
0,48
)
1-x
Nb
x
O
3
.
Hình 1.19. (a)Độ thẩm điện môi ε/ε
0
và (b) hệ số liên kết bề mặt k
p
của gốm
Pb[Zr
x
Ti
y
)(Mn
1/3
Nb
2/3
)
z
]O
3
(x+y+z=1).
Hình 1.20. Hệ số nhiệt độ của (a) hằng số điện môi (TCε) và (b) hằng số tần số
(TCF) của gốm Pb[Zr

theo chuẩn 61 và (b) hiệu chỉnh Rayleigh
Hình 2.11.
Dạng điển hình của (a) phổ trở kháng lgZ(f) và (b) phổ pha
θ
(f).
Hình 2.12. Giao diện chương trình tính k
p
và một phần bảng tính các thông số.
Hình 2.13. Máy phân tích trở kháng Agilent 4396B.
Hình 3.1. Giản đồ phân tích TG và TDA của hỗn hợp MnCO
3
+ Nb
2
O
5
.
Hình 3.2. Giản đồ XRD của MnNb
2
O
6
tổng hợp ở 1250
o
C trong 3 giờ.
Hình 3.3. Giản đồ phân tích TG và TDA của thành phần PZT cận biên pha.
Hình 3.4. Quy trình chế tạo gốm PZT-PMnN bằng phương pháp co-lum-bit.
Hình 3.5. Áp suất hơi PbO bão hòa của các gốm chứa Pb theo nhiệt độ.
vi

Hình 3.6. Chuẩn bị cốc đựng mẫu thiêu kết.
Hình 3.7. Cải tiến cân điện tử để cân mẫu trong chất lỏng.

r
theo tỷ lệ
thành phần PMnN.
Hình 4.3. Đường trễ của mẫu M7 đo bằng phương pháp đất ảo trên máy RT66A.
Hình 4.4. Đường trễ của nhóm mẫu M7LY đo bằng phương pháp đất ảo
Hình 4.5. Đáp ứng điện môi của các mẫu MX ở tần số 1kHz.
Hình 4.6. Sự biến đổi của (a) phần thực của độ thẩm điện môi (ε’) và (b) tổn hao
điện môi (tgδ) theo nhiệt độ ở các tần số khác nhau của mẫu M8.
Hình 4.7. Sự phụ thuộc của T
m
theo tần số của nhóm mẫu MX.
vii

Hình 4.8. Đáp ứng điện môi của các mẫu M7LY ở tần số 1kHz.
Hình 4.9. Đáp ứng điện môi của các mẫu M7L6 ở các tần số khác nhau.
Hình 4.10. Sự phụ thuộc của T
m
theo tần số của nhóm mẫu MY.
Hình 4.11. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào nhiệt độ tuân theo định luật
Curie – Weiss ở trên nhiệt độ Burn, T
B
, của mẫu M7L1.
Hình 4.12. Sự phụ thuộc log(1/ε’ – 1/ ε’
max
) vào log (T – T
m
) ở 1kHz.
Hình 4.13. Các phổ trở kháng và phổ pha đo trên máy Agilent 4396B.
Hình 4.14. Xác định chính xác trở kháng phản cộng hưởng Z
min

Hình 5.6. Đặc trưng cộng hưởng của biến tử kép.
Hình 5.7. Sơ đồ nguyên lý mạch điện tử của máy phát siêu âm
Hình 5.8. Tín hiệu điện áp trên biến tử của máy rửa siêu âm tự chế tạo.
Hình 5.9.
Ảnh TEM của vật liệu ZrTiO
4
dạng ống na-nô tổng hợp ở 400
°
C.
Hình 5.10. Ảnh SEM của vật liệu PZT được tổng hợp từ vật liệu nano.
Hình 5.11. Mạch phát sóng sin điều khiển tần số bằng điện áp dùng MAX 8038.
Hình 5.12. Sơ đồ nguyên lý khối công suất.
Hình 5.13. Sự phụ thuộc của tần số theo điện áp VCO
in
.
Hình 5.14 Đáp ứng biên độ - tần số của mạch khuếch đại công suất siêu âm.
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hệ số liên kết k
p
và hằng số điện môi ε
r
của các hệ gốm trên nền PZT.
Bảng 1.2. Một số vật liệu áp điện thành phần phức.
Bảng 1.3. Các tính chất điện môi và áp điện của các gốm PZT và PZT:Nb.
Bảng 1.4. Tính chất của một vài dung dịch rắn nhiều thành phần có chứa PMnN.
Bảng 2.1. Hình dạng mẫu và các tính chất áp điện liên quan.
Bảng 2.2. Các hệ số đa thức của (2.17) và (2.18).
Bảng 3.1. Khối lượng nguyên liệu với các tỷ lệ x khác nhau (0 – 12.% mol).

1-x
)O
3
. Đường biên pha phân cách giữa hai pha sắt điện là pha giàu
Ti có cấu trúc tứ giác và pha giàu Zr có cấu trúc mặt thoi được gọi là biên pha hình
thái (MPB). Trên giản đồ pha, đường biên pha hình thái gần như thẳng đứng, hầu
như không phụ thuộc nhiệt độ tại x ≈ 0,53. Trong vật liệu PZT, khi tỷ lệ thành phần
x (hay Zr/Ti) thay đổi thì tính chất của vật liệu cũng thay đổi theo, nên PZT có phổ
tính chất sắt điện và áp điện vô cùng đa dạng mà ta có thể chủ động chọn lựa. PZT
có nhiệt độ chuyển pha T
C
từ 235
o
C (x = 1) đến 495
o
C (x = 0); tại biên pha T
C
≈
370
o
C, nên là vật liệu có ưu thế trong các ứng dụng công suất.
Vật liệu PZT có thành phần x nằm trong khoảng từ 0,49 ÷ 0,55 (vùng cận biên
pha) có nhiều tính chất vật lý nổi bật: tại đó tồn tại đồng thời hai pha cấu trúc tứ
giác và mặt thoi, nhiệt độ Quy-ri vào khoảng 370
o
C; tại đó hằng số điện môi ε/ε
0
, hệ
số liên kết điện cơ bề mặt k
p

2
)O
3
như
Pb
2+
(B
2+
1/2
B
6+
1/2
)O
3
2-
, Pb
2+
(B
3+
1/2
B
5+
1/2
)O
3
2-
hoặc Pb
2+
(B
2+

t
VQk
v
mmp
T
m
η
σρ
ε
)1(2
33
+
=

Trong
đ
ó
T
33
ε
=
ε
/
ε
0
là h
ằ
ng s
ố


t h
ệ
s
ố
th
ự
c nghi
ệ
m, nó là nghi
ệ
m d
ươ
ng nh
ỏ
nh
ấ
t
c
ủ
a ph
ươ
ng trình (2.6); Q
m
là
độ
ph
ẩ
m ch
ấ
t c

độ
dày t.
Tích
ε
k
p
Q
m
là
đạ
i l
ượ
ng ph
ụ
thu
ộ
c hoàn toàn vào v
ậ
t li
ệ
u. Mu
ố
n ch
ế
t
ạ
o bi
ế
n
t

làm vi
ệ
c
ở
c
ườ
ng
độ
cao, v
ậ
t li
ệ
u còn c
ầ
n ph
ả
i có t
ổ
n hao nh
ỏ
và nhi
ệ
t
độ
chuy
ể
n

- 3 -


-Pb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(PZT-PMnN) là các vật liệu áp điện công suất
lớn [16-17,19,41,52-53,62,69,106,109,115,118-120,135]. Các công trình kể trên chủ
yếu là các báo cáo khoa học, chỉ mới tập trung vào việc khảo sát một số đặc tính của
vật liệu mà tác giả quan tâm và chú ý đến một mảng ứng dụng nào đó của vật liệu.
Nhìn chung, hệ dung dịch rắn đa thành phần giữa PZT và PMnN có thành phần
cận biên pha, pha tạp đất hiếm vẫn chưa được chú trọng nghiên cứu một cách có hệ
thống. Do đó, chúng tôi chọn “Nghiên cứu chế tạo và các tính chất của gốm áp điện
[(1-x)Pb(Zr,Ti)O
3
– xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
] x = 0 ÷ 12 %mol (PZT-PMnN) pha tạp La”
làm mục đích nghiên cứu của luận án.
Bản thân PZT có thành phần cận biên pha có hằng số điện môi
ε
33
T
=

ε

Nb: trong vật liệu không có pha py-ro-clo, vật liệu đạt được độ đồng nhất và có tính
lặp lại tốt.
- Luận án phân tích kỹ về sự tồn tại của các thành phần tạp bên trong vật liệu,
xác định tác động của các tạp Mn, Nb và La đồng thời trong mạng cũng như ảnh
hưởng của chúng tới tính chất sắt điện và áp điện của vật liệu.
- Hầu hết các nguyên tố đất hiếm đều có bán kính ion nhỏ thua i-on Pb, lớn hơn
nhiều so với các i-on vị trí B, nên khi được đưa vào PZT, chúng thay thế cho Pb tại
vị trí A. La chỉ có một hóa trị duy nhất là 3+ nên đóng vai trò tạp đô-no, nó sẽ gây
nên những tính chất mới đầy lý thú với PZT - PMnN. Và như vậy, hệ dung dịch rắn
gồm PZT và re-la-xo PMnN có thành phần cận biên pha chứa tạp La là một đối
tượng đầy hấp dẫn cả trên phương diện nghiên cứu cơ bản lẫn nghiên cứu ứng dụng.
Việc nghiên cứu tính chất của vật liệu sẽ tập trung quan tâm đến cơ chế nâng
cao hệ số phẩm chất cơ Q
m
, một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng gốm áp
điện cứng. Những thông số của quy trình công nghệ chế tạo gốm có liên quan đến
các thông số k và Q
m
sẽ được quan tâm khảo sát.
Đối tượng nghiên cứu
Vật liệu hệ (1-x)Pb(Zr,Ti)O
3
+ xPb(Mn
1/3
Nb
2/3
)O
3
(viết tắt là PZT - PMnN) với
PZT có thành phần cận biên pha hình thái; tỷ lệ Zr/Ti = 53/47; hàm lượng PMnN

- 5 -

- Quá trình chuyển pha; trễ sắt điện; tính chất áp điện của vật liệu.
- Xác định mối quan hệ giữa cấu trúc, vi cấu trúc với các thông số áp điện, điện
môi của vật liệu chế tạo được.
- Giải thích định tính, định lượng, mô hình hoá các kết quả thực nghiệm.
* Nghiên cứu triển khai ứng dụng:
- Đưa ra được một hệ gốm áp điện mới làm cơ sở cho việc nghiên cứu chế tạo
các biến tử siêu âm công suất.
- Chế tạo một vài mẫu bể rửa siêu âm dùng cho phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
Để đạt được mục tiêu trên, những vấn đề chính của đề tài được giải quyết và
thực hiện theo các nội dung sau:
- Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo vật liệu gốm. Áp dụng các phương
pháp phân tích hiện đại để đánh giá vật liệu, trên cơ sở đó tìm giải pháp nâng cao
chất lượng gốm theo yêu cầu cải thiện các thông số liên quan.
- Xây dựng các chương trình xử lý số liệu mạnh để nghiên cứu các tính chất
của gốm áp điện được chế tạo.
- Nghiên cứu các tính chất chuyển pha, cấu trúc, vi cấu trúc của vật liệu.
- Thử nghiệm ứng dụng chế tạo biến tử phát siêu âm công suất cho máy rửa
siêu âm, máy phun siêu âm và các ứng dụng khác.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu chế tạo gốm bằng phương pháp thiêu kết pha rắn đi từ ô-xít.
- Sử dụng nhiễu xạ tia X và ảnh SEM để nghiên cứu cấu trúc và vi cấu trúc.
- Sử dụng hệ đo RT - 66A nghiên cứu các tính chất sắt điện của vật liệu.
- Sử dụng các hệ đo tự động hoá: HIOKI - 3532, HP - 4192A, Agilent - 4396B
và các thiết bị khác để nghiên cứu các đặc trưng điện môi, áp điện của vật liệu.
Nội dung của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 5 chương:
- Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về gốm áp điện: Các tính chất sắt điện và áp

CHƯƠNG 1
CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ÁP ĐIỆN
Một vật liệu sắt điện đa tinh thể được phân cực sẽ có tính hỏa điện và áp điện
gần giống như vật liệu đơn tinh thể [45-46],[122]. Vật liệu có tính áp điện mạnh
thường cũng là vật liệu sắt điện, do đó khi nói về vật liệu áp điện, ta cũng mặc nhiên
hiểu rằng nó có cả tính sắt điện. Chúng chỉ khác nhau ở chỗ vật liệu đã được phân
cực hay chưa.
Hiệu ứng áp điện có tính thuận nghịch, hiệu ứng thuận là sự xuất hiện điện tích
khi vật liệu chịu ứng suất còn hiệu ứng nghịch là sự biến dạng của vật liệu khi đặt
trong điện trường. Trong cả hai trường hợp, độ biến dạng tỷ lệ với điện trường.
Trong hiệu ứng áp điện nghịch, khi điện trường đổi chiều thì chiều biến dạng cũng
đổi theo. Nó khác với hiện tượng điện giảo - một thuộc tính của mọi điện môi - là
sự thay đổi kích thước của vật liệu theo trường ngoài; ở đó độ biến dạng tỉ lệ với
bình phương cường độ của trường ngoài nên không phụ thuộc vào sự đổi chiều của
trường và không có hiệu ứng ngược.
Vật liệu áp điện là vật liệu điện môi hoạt động qua tương tác điện cơ, đồng thời
nó cũng là sắt điện, do đó các thông số cơ bản của nó trước hết là các thông số điện
môi như hằng số điện môi ε, nhiệt độ chuyển pha T
C
(nhiệt độ Curie); độ tổn hao
được đánh giá bằng tangent của góc tổn hao tgδ. Sau đó là các thông số cơ học như
hệ số đàn hồi s, suất đàn hồi Y, độ cứng c. Bên cạnh đó là các thông số điện - cơ
gồm có các hệ số áp điện d, e, g, h, mà đáng quan tâm nhất là 2 thông số là hệ số
dẫn nạp áp điện d và hệ số điện áp áp điện g. Hệ số liên kết điện cơ k là thông số để
đánh giá hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện - cơ. Cuối cùng, Q
m
là độ phẩm chất
cơ của vật liệu.
1.1. TÍNH CHẤT SẮT ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU
1.1.1. Vật liệu sắt điện

(c) Cấu trúc kiểu lớp bi-smut của SrBi
2
Ta
2
O
9
(SBT) [127]
(d) Cấu trúc kiểu đồng – von-fram: Hình chiếu xuống trục c của một ô đơn vị với
công thức hóa học có dạng (A
1
)
2
(A
2
)
4
(C)
4
(B
1
)
2
(B
2
)
8
O
30
[27].
* Cấu trúc kiểu pe-rov-skit (perovskite) ABO

2
Ta
2
O
9
(SBT).
* Cấu trúc kiểu đồng – von-fram (hình 1.1d), đại diện là PbNb
2
O
6
.
* Cấu trúc kiểu py-ro-clo (pyrochlore), nhóm này ít được nghiên cứu.
Trong mỗi kiểu cấu trúc này, tính sắt điện gắn liền với sự méo dạng của đa diện
sắp xếp bởi các ca-ti-on.

Hình 1.2. Sự biến đổi cấu trúc của BaTiO
3
theo nhiệt độ.
Ví dụ, BaTiO
3
(BT) là một trong những chất sắt điện được nghiên cứu đầu tiên,
nó đại diện cho các dạng méo pha của cấu trúc pe-rov-skit (hình 1.2). Khi giảm
nhiệt độ, BT trải qua các pha thuận điện lập phương, sắt điện tứ giác, sắt điện trực
thoi và cuối cùng là pha sắt điện mặt thoi.
1.1.1.2. Đường trễ điện môi (đường trễ phân cực sắt điện)
Các gốm sắt điện đa tinh thể như PZT, chứa các vùng phân cực định hướng ngẫu
nhiên bên trong các hạt, được gọi là các đô-men (domain). Khi được làm nguội qua
điểm Curie, các đô-men được hình thành nhằm giảm năng lượng đàn hồi trong gốm.
Sự tồn tại của các đô-men trong sắt điện làm cho sắt điện trông như có mối liên
hệ với sắt từ. Đặc trưng đầu tiên để nhận biết vật liệu sắt điện là đường trễ phân cực