DAI HOC QUOC
GIA
HA
NOI
DETAI
CHE TAO VA NGHIEN
ClTU
CAC
TINH
CHAT
CUA MOT
so
MANG AP
DIEN
Ma
so: QC.08.09
Chii nhiem de tai: TS. Pham
Due Th^ng
DAI HOC QUOC GIA HA
N6I
Tf?UNGTAM
THONG TIN THU
VIEN
0O06Q0OOGZ3
Ha
Ngi,
nam
2010
MUC
LUC
Trang

true
perovskite 7
6.2.2.
Tinh
chat dien va sat dien cua
BaTiOs
8
6.2.3.
Mot so
I'rng
dung 9
6.3.
Muc tieu va noi dung nghien cuu cua de tai 9
Phan
I. CAC
PHLTONG
PHAP CHE TAO MAU
10
1.1.
Bot
BaTi03
kich
thuoc
nanomet 10
1.2.
Vat lieu
BaTiOs
dang kh6i 10
1.3.
Mang vat lieu BaTiOs

gian va
phuo"ng
phap nghien cuu 27
6.5.
Ket qua nghien cuu 27
6.6 Thao
luan
28
6.7 Ket luan va kien nghi 29
6.8 Tai lieu tham khao 29
7.
Phuluc
30
1.
BANG GIAI THICK CAC
CUlf
VIET TAT
1.1 Thiet bi,
phucng
phap
thuc
nghiem
XRD X-ray diffractometer
SEM Scanning electron microscopy
BTO Barium titanate
BaTi03
DRAM Dynamic random access memory
FeRAM Ferroelectric random access memory
NVRAM Non-volatile random access memory
MLC Multilayer ceramic capacitor

THAM GIA THUC HIEN DE TAI (hoc ham,
hoc vi, ca quan cong tac)
- Chu nhiem:
Pham
Due
Thang, Tien sy
Khoa Vat
ly
ky thuat va Cong nghe nano,
truong
Dai hoc Cong nghe, Dai hoc
Quoc gia
HaNpi.
- Nhung nguai thuc hien:
TT
1
2
3
4
5
6
Ho va ten
Nguyen Huu
Due
Do Thi Huong Giang
Tran Mau Danh
Nguyen Thang Long
Bui Dinh Tu
Nguyen
Hu"u

Hinh 2. 6 dan
vj ciia
cau
true
tinh the perovskite
BaTtOs
Hinh 3.
Sir
phu thupc cua cau true tinh the cua vat lieu
BaTi03
vao nhiet dp
Hinh 4. So do nguyen ly cua
phuang
phap "bar-coating"
Hinh 5.
Thiit
bi XRD D8 Advance Bruker AXS
Hinh 6.
Th\k
bi do LCR PM3550 Tegam
Hinh 7. Thiet bi do Radiant Precision
LCIO
Hinh
8. Gian do nhieu xa tia X cua mau bpt BTO theo
tpj
khac nhau
Hinh 9. Anh SEM cac mau BTO
dupe
tong hgp theo thai gian
tp^f

khac nhau
Hinh 16. Su phu thupe kich thuac hat
BTO
theo nhiet dp
Tpu
khac nhau
Hinh 17.
Sir
phu thupe cua hang so dien moi vao nhiet dp
Tpu
khac nhau
Hinh
18.
Duong cong dien tre
ciia
mau BTO che tao
trongtpu =
7 gia
Hinh 19. Anh cac mau mang BTO-epoxy vai eae ham
lugng
khac nhau
Hinh 20. Gian
66
nhieu xa tia X cua cac mang BTO-epoxy vai cac ham lugng khac
nhau
Hinh 21. Anh SEM cua mang BTO-epoxy vai 10% BTO
Hinh 22. Hang so dien moi cua cac mang
BaTiOs-epoxy
vai cac ham
lupng

Khoa hoc \at lieu toan quoc
Ian
thu
6.
Da Nang
8-10/11/2009.
- Pham
Due
Thang, Nguyen Ba Doan, Mo phong mot so
tinli
chat cua \at
lieu multiferroic
BiMnOs
bang phuang phap gan dung truang trung
binli.
Tuyen tap Hoi
nghj
Vat ly chat ran va Khoa hoc vat lieu toan quoc
Ian
thu 6.
Da Nang
8-10/11/2009.
-
Pham
Due Thang, Hoang Hai Duong and Nguyen Hoang Nghi. Magnetic
and sensitive magneloelastic properties
of
Finemet nanostructured ribbon.
Journal of Physics: Conference Series 187 (2009) 012062.
5.2.

lliesis-
Modehng bL)nie pr.'pcrue > of
nuiliilcrruu:
BlMn(J-,.
Student name: Nguyen Ba Doan
Batch:
QH-2005-I/CQ-V
Major field/minor field: Engineering physies/Nanotechnology
5.4. Capacity strengthening
- Improvements of scientific research and knowledges on fabrication of
piezoelectric-ferroelectric powders, bulk and
film
for the members of the
research group.
- Improvements of academic degrees for some members participated in the
project.
6. BAO CAO TONG KET
6.1.
Dat van de (Neu ro tinh cap thiet cua de tai hoae cac npi dung nghien cuu cua de tai)
Trong so cac vat lieu ap dien-sat dien, Barium titanate
BaTi03
la vat lieu c6
hang so dien moi
Ian,
c6 the dao dong tu 1000 den 2000 a nhiet dp
25°C
va c6 the
len
den gia tri 10 a gan nhiet dp Curie (nhiet dp Curie cua
BaTi03 la Tc =

Tuy phuang phap phan ung pha ran
de thuc hien nhung co nhuge diem la kich thuac hat khong dong deu,
Ian
ban
micromet va thuong chua nhieu tap chat nhu cacbonat, silieat. Cac tap chat khong
mong muon nay se lam giam cac
tinh
chat vat ly va dp ben cua vat lieu. Trong so
cac phuang phap boa hpc, phuang phap thuy phan nhiet co nhieu
iru
diem nha vao
kha nang de kiem soat thanh phan vat lieu qua
viee
thay doi ty
le
ban dau Ba:Ti, san
pham bot c6 dp dong nhat ve ca thanh phan va cau true, cac hat
BaTi03
thu dugc c6
kich thuac nho ban micromet.
Doi vai vat lieu dang mang, cac phuang phap Vat ly thuang chiem uu the, vi
du boc bay bang laser
xung,
phun xa,
LTU
diem cua eae ky thuat nay la cho phep
tao dugc eae mang mong vai dp day
tir
vai ehue den vai tram nm cung nhu cho
phep tao cac mang to hgp dang nhieu lap. Nhung nhuge diem do la cac trang thiet

Hieu ung ap dien (piezoelectric effect) dugc phat hien vao nam 1880 bai
Jacques va Pierre Curie, la hien tugng khi mot vat lieu
chiu
tac dung cua ung suat
keo hoae nen se xuat hien
sir
phan cue dien cam ung (xem hinh I).
Nguge
lai,
vat
lieu
CO
the bi bien dang dai ra hoae ngan lai khi dat trong dien truang ngoai tuy
thupc vao chieu
giiia
dien truang ngoai va veeta phan cue dien cua vat lieu. Trong
hien tugng nay, tren hai mat doi dien cua vat lieu se xuat hien mot hieu dien the ti le
vai ung suat tac dung vao [1]:
U~g33.a
(1)
vai
g33
la he so ap dien (piezoelectric coefficient) dac trung cho
timg
vat
lieu
va
cr
la
ung suat tac dung

CaTiOs.
Cong thuc phan tu chung cua eae hgp chat perovskite la ABO3 vai
A va B la cac ion duang (cation) co ban kinh khac nhau. 0 vi tri cua ion Oxy
(anion), co the la mot so nguyen to khac, nhung pho bien nhat van la oxy (xem hinh
2 cho
BaTi03).
Tuy theo
loai
nguyen to
a
vi tri B ma eo the phan thanh nhieu ho
khac nhau, vi du nhu ho manganite, hp eobaltite,
o^
Ba
O
02-
Hinh
2.
O
dan vi
cua cau true tinh the perovskite BaTiOj
6.2.2. Tinh chat dien va sat dien cua
BaTiOj
Tinh the cau
true
perovskite chi ton tai a trang thai ly tucmg trong mot so dieu
kien nhat dinh. Trong tu nhien, tai dieu kien binh thuang, cac tinh the gom
perovskite co the co
sir
xe dich ve mat cau true, khien

BaTi03 la
cau
true
tinh the cua no phu thupe rat
manh vao nhiet dp, dan tai viee mot so tinh chat nhu dp phan cue tu phat, hang so
dien moi,
ciang
phu thupe rat manh vao nhiet dp. Cu the, tinh the
BaTi03
co the
CO
cau true thupe 4 he mang khac nhau tuy thupe vao nhiet dp. Tren nhiet dp
Tc,
BaTiOj CO
cau true lap phuang dac trung bai nhom doi xung Pm3m (a
=
0,402 nm).
Trong khoang tu
130*^0
den
0°C,
BaTi03
co cau true tu giae vai nhom doi xung
P4mm va ti so c/a > 1. Khi do cac ion
O^"
va
Ti'*'^
bi xe dich len va xuong doc theo
true e
ciia

Temperature [
'C J
100
Hinh 3. Su phu thupc cua
elu
true tinh
thi
eua vat lieu
BaTiOs
vao nhiet dp [1]
6.2.3. Mot so
UTig
dung
Vai eae tinh chat phong phu nhu tinh sat dien va hien tugng tre, vat
lieu
ap
dien
CO
kha nang ung dung trong nhieu
ITnh virc
eua eupc song. Ngay nay, ung dung
rpng rai nhat cua vat lieu nay la trong cac he vi ca dien tu MEMS. Trong eae he
thong nay, vat
lieu
thuang dugc
sir
dung nhu mot bp bien doi nang lugng
(transducer) de ehuyen doi qua
lai
giuB.

dugc tien hanh.
Trong phan tiep theo nay chung toi se trinh bay
nhiing
npi dung nghien cuu
chinh trong de tai nhu sau:
- Phan I. Cac phuang phap che tao vat lieu.
- Phan II. Cac phuang phap khao sat cac tinh chat.
- Phan III. Ket qua va thao luan.
Phan I. CAC
PHUONG
PHAP CHE TAO MAU
1.1.
Bot
BaTi03
kich thuoc nanomet
Trong cac phuang phap dieu che
BaTi03
thi cac phuang phap tong hgp trong
dung dich co nhieu uu diem nhu:
+ phan
img
dugc thuc hien trong dung dich nen cac phan tu
ciia
cac tien chat
dugc phan tan tot tao kha nang tiep
xiic
tot giua cac chat phan
ii'ng
do do phuang
phap nay doi hoi nhiet dp phan img thap ban nhieu so vai cac phuang phap co dien.

phan nhiet. cac chat ban dau la cac dung dich muoi
Clorua
ciia
cac kim loai tuang img nhu
BaCL
va
TiClj
\ai ty le thanh phan cac
muoi ban dau
dupe lua
chpn phu hgp.
T\'
le cation Ba;Ti ban dau co anh huong
Ion
den san pham va dugc chpn la
1.6:1.
Dung dich hon hgp muoi kim loai tren dugc
bo sung tir tir KOH vao cho den khi pH
=^
13.
Flon
hop dung dich
nioi
sau do dugc
dua vao
binh
thuy phan nhiet va de vao tu say o nhiet dp
T^
(co the tir
90°C

giL7.
1.2. Vat lieu
BaTi03
dang khoi
Bpt
BaTiO;
sau khi che tao dugc ep di huong bang
ma\
ep Specac
\ai
ap
suat ep 5 can de dinh khuon dang thanh cac \ien del
\ai
duang kinh khoang 10 mm.
Sau do vat lieu
dirge
danh bong \a phu mot lop dien
circ
bang keo Dac tren ca
hai
mat de dimg
cho
cac phep do tinh chat dien.
J.3.
Mang
\at
lieu
HaTiOj
Bin
RariC'

Hinh
4.
Sa
do nguyen
ly
cua phuang phap
"bar-coating"
Mot so thong so ky thuat da sir dung trong qua trinh che tao mang
BaTi03
nhu
sau: nhiet dp de 50 C dugc giir trong 30 phut, sau do tang len
HOC
trong 30 phut
va cuoi eiing la
ISO^C
trong 3 gia. Dp day
ciia
eae mang che tao theo phuang phap
nay nam vao khoang 50
|,Lm.
11
PHAN II. CAC
PHirONG
PHAP KHAO SAT CAC
TINH
CHAT
II.l.
Thiet bi nhieu xa tia X
Cau true tinh the va thanh phan pha eua bpt
BaTiOs

Kinh hien vi dien tu quet (SEM)
Hien vi dien tir quet (SEM) la mot trong cac phuang phap cho phep khao sat
vi cau
triie ciia
vat
lieu.
Cac anh SEM sir dung trong de tai dugc ehup tren kinh hien
vi dien tir quet co dp phan giai cao FE-SEM Hitachi
S-4800
(Nhat Ban) dat tai Vien
Khoa hpc vat lieu (Vien Khoa hpc va Cong nghe Viet Nam) vai dien the tir 20
^
35
kV, dp phong dai
len
den 100.000
Ian.
11.3.
Cac tinh chat dien
II.3.1.
Xac dinh hang so dien moi
Bpt
BaTi03
sau khi che tao dugc ep thanh vien co dang hinh dTa det vai duang
kinh
10
mm. Sau khi danh bong va
phii
dien cue tren be mat, cac mau khoi dugc sir
dung trong phep do dien dung tai nhiet dp phong nhu mot ham

ciia
vat lieu sat dien dugc do dac tren cac vien ep sir dung he do
tinh chat sat dien Radiant Precision LC
10
(Radiant). Cac dac trung
ciia
vat lieu sat
dien c6 the xac dinh dugc bao gom duang cong dien tre P-E va dac trung dong do
theo thai gian
I-t.
Tan so dugc sir dung trong cac phep do la 1 kHz va dien the do co
the thay doi den vai tram von.
Hinh
7. Thiet bi do Radiant Precision
LCIO
13
PHAN HI. KET QUA NGHIEN
ClTU
III.l.
He
BaTiOj
dang bot va khoi
Trong de tai nay nhom nghien ciru da phoi hgp vai cac dong nghiep tai
truang Dai hpc Khoa hoc tu nhien de che tao va nghien cim cac tinh chat cua vat
lieu
BaTi03
dang bpt. Trong cac phan duai day, anh huang
ciia
mot so dieu kien
cong nghe khac nhau nhu thai gian phan irng va nhiet dp phan img len cac tinh chat

^
->
J
T^
V.,M
• • '
1
o
•
2
A
•
/K
A
• A
A
• BaTiO,
*
BaCO.'
• El.
H *
A
15gi6 A .
JL lOgid A ,
jk
7'
gid A
J.C
5gi6 A -
^.J^Lt,„ ^'^^3,5^K;

Ba^^
van
ehua phan img
h^t
da tham gia vao qua trinh phan img vai
C03^'
tao cacbonat.
- Khi tang thai gian phan img, lugng
BaC03
giam dan va phan img tao
BaTi03
hoan toan ket
thiic
sau 7 gia. Tren gian do nhieu xa,
cuong
dp eae dinh
nhilu
xa
ciia BaTi03
cung dugc tang cuang.
14
- Khi thai gian phan img
Ian
ban
hoae
bang 10 gia bat dau quan sat thay
sir
djch ehuyen
nho eua cac dinh nhieu xa ve phia ben phai (goc
20

ehuyen
sang
cac cau true gan vai dang lap phuang. Khi tang thai gian phan img xac suat bi bien
dang cang
Ian
dan den
sir
ton tai dong thai cau true lap phuang va cac cau
triic
khac trong san pham. Cac ket qua nay la rat ly thu, co anh huang den cac tinh chat
ciia
vat lieu che tao dugc va se dugc trinh bay them a cac phan sau. Tir gian do
nhieu xa tia X co the tinh dugc cac hang so mang tinh the
ciia
cau triie lap phuang
va tir phuang trong
BaTi03.
Cac ket qua tinh toan nay dugc tong ket tren bang
1.
Bong
L Sir
phu
thuoc cua cau tn'ic
va
hang so mang tinh the cua BTO vao thai gian /,
pu
Thai gian (gia)
3.5
5
7

th§y
cac hat
BaTi03
dugc tao ra duai dang gan hinh cau, vai dp dong nhat cao
ve hinh dang va kich thuac. Kich thuac trung binh
ciia
cac hat vao khoang 25 den
55
nm,
tiiy
thupc vao thai gian phan img (xem hinh
10).
Khi tang thai gian phan
irng, nhin chung kich thuac hat tang do
sir Ian
len
ciia
cac hat tinh the.
15
(O
Hinh
9. Anh SEM cac mau BTO
dicac
tong
hgp
trong thai gian
tp^khdc
nhau.
3.5 gia
(a),

i^
t4!
er-
•a
^
w
Thai
ajaii (aio)
T
.—-
j-
10 12
1J
IS
Hinh
10.
Sic
phu thuoc kich thuac hat BTO theo thai gian
tp^
khac nhau
16
c. Tinh chat dien vd sat dien
Cac nghien ciru truac day da chi ra rang
BaTi03
dugc dac trung bai hang so
dien moi
Ian.
Trong phan thuc nghiem tiep theo chiing toi tien hanh khao sat anh
huang
ciia

hang so dien moi
giam nhanh doi vai tat ca cac mau vi du mau dugc tong hgp trong
tp^
=
7 (gia) co
e
giam tir
1100
a tan so 6 kHz xuong con 290 a tan so
1
MHz.
too
-4 ~
f1
-6|kHz»
12
-
1000ikHi>
Thcri Sinn Cilif?)
Hinh J
J.
Sir
phu thuoc cua hang so dien moi vao thai gian
tpu
khac nhau
Vat lieu
BaTi03
thupe nhom vat lieu sat dien nen viee nghien cim cac tmh
ch§t
nay la

thii
hinh
ciia
cau
true
lap phuang (doi vai
tp^
Ian)
lam
cau triic tinh the khong hoan bao va dp phan cue dien khong co dinh huang uu
tien theo dien truang ngoai.
17
OAi
HOC QUOC GIA HA NOI
Tf^uNG ^> V "HQNG
TIN THU VIEN
Q
2*
-
0
19-
0
12-
0 0&
.
-oon-
Q
IS .
0
IS

iW yx 150
bCO
Applied voltage
(V)
fc;
(d)
Hinh
12.
Duong cong dien tre cua mau BTO che tao a
Tp^
=150
^C:
tpu
=3.5 gia, (a), 7h (b),
lOh(c),
15h(d)
1
8<I0*-
I.61IO''-
_
1.4»I0'-
V)
a.
|l.2.IO*-
9
1.0<10
1
3
^
80,10^-

4.Q«10''-i
roiio"*
-
00 -
1
•
r
1
•
200
400 600
Time
(ms)
(a) (b)
Hinh
13.
Dong do theo thai gian do cua BTO vai
tpu = 7
gia,
Tpu = }50°C
(a) vd
tpu=10
gia,
Tpu=}50T(b)
Doi vai mau
BaTi03
dugc tong hgp trong thai gian 7 gia co dp
ddng nh§t
cao
nhat ve cau triic nen hang so dien moi Ion nhat va duang cong dien tre c6 dang dac

^C/cm^,
Ec =
306 V/cm con nho. Dieu nay co the
dugc giai thich do vai thiet bi do hien tai, gia tri dien ap ngoai
Ian
nhat ca 400 - 500
V
la
chua
dii
de bao hoa mau.
III.1.2.
Anh
hirang
cua nhiet do phan irng
De khao sat anh huong
ciia
nhiet dp den cac tirih chat
ciia BaTi03
ehung toi da
tien hanh cac thi nghiem tong hgp
BaTi03
theo quy trinh trinh bay a phan II vai
nhiet dp
t6ng
hgp eae mau
Idn lugt
la
Tp^
=

Gian do nhieu xa tia X
ciia
cac mau sau khi che tao dugc trinh bay tren hinh
14.
Tir gian do nhieu xa thu dugc ta co mot so ket luan sau:
- So sanh gian do nhieu xa nay vai vai cac dir lieu chuan co the thay a nhiet
dp
120^C
vat lieu co cau triic lap phuang vai nhom doi ximg Pm3m. Tuy nhien tren
gian do van
xudt
hien eae pha khong mong muon, vi du
BaC03.
Lugng
BaCOs
tao
ra
Ian
trong san
ph4m
anh
huoaig
khong tot den tinh chat
ciia BaTiOs
nhu lam giam
hang so dien moi,
- Khi tang thai gian phan img lugng
BaC03
giam dan va a nhiet dp
150^C

Sir
phu thuoc cua cau
true
vd hang so mang tinh the cua BTO vdo nhiet do
Tpu
Nhiet dp
120
150
180
210
Cau true lap phuang
a {A')
4.04
4.03
4.02
4.01
Cau true tir phuang
a (A")
-
-
4.0
4.0
c(A')
'
-
4.03
4.03
b. Cau triic vi mo
Cac ket qua khao sat cau
true

70
S
SO
30-
20
Nhift dQ
('Q
—I—
140
Hinh
16.
Suphu
thuoc kich thuac hat
BaTiOs
vdo nhiet phan
img
e. Tinh chat dien vd sat dien
Trong phan thuc nghiem tiep theo ehung toi tien hanh khao sat anh huang eua
nhiet dp den tinh chat dien va sat dien
ciia
vat lieu nay. Hang so dien moi
ciia
cac
mau
BaTi03
tong hgp a nhiet dp khac nhau dugc tinh tir phep do dien dung sir dung
may do LCR. Cac ket qua dugc tong hgp lai tren hinh
17
cho thay doi vai mau tong
hgp a

12 =
1000 kHz. V
=5(V)
160 teO
200
Nliiet ao
("Q
—I
220
Hinh
17.
Suphu
thuoc cua hang so dien moi vdo nhiet do
Tpu
khdc nhau
21
Chiing
toi cung tien hanh khao sat duang cong dien tre
ciia
cac mau
BaTi03
tong hgp a nhiet dp phan img khac nhau. Mot so ket qua dien hinh dugc trinh bay
tren hinh
18
cho hai mau tong hgp
a I20°C
va
150V.
^
"s

•4'>o -:;r;3
Applied Voltage
OO
Applied Voltage
QT)
(a) (b)
Hinh
18.
Duong cong dien tre cua mau BTO che tao trong
tpu
= 7 gia:
Tpu=
120^C(a),
150^C0y)
Doi vai mau
BaTi03
tong hgp a
Tp^
=
120
*^C
trong
tp^
= 7 gia, duang cong
dien tre co dang suy bien, thuang dugc gpi
la
kieu van tay. Doi vai mau co
Tp^
=
150^C

19
la anh ehup cac mau mang dien hinh vai cac ham lugng
BaTiOj
khac nhau len
d§n
10%
che tao bang phuang phap
"bar-coating".
Cac mang c6 mau
nau vang, la mau dac trung
ciia nhira
nen epoxy sau khi xir ly nhiet.
22
*
-
Lmaifa
irflT<ifMHiHta>iM.«h^^
L
MnidtJiUtAMluaiM^
//m/2
19.
Anh
ede
mau mang
BaTiOyepoxy
vai cac ham hcgng khdc nhau:
l%(a),
5%(b)vd 10%(c)
Ket qua do nhieu xa tia X cua cac mang tren dugc trinh bay tren hinh 20. Nhin
chung eae dinh nhieu xa thu dugc deu thupe ve cau triic tinh the dang lap phuang

cac
mang co ham lugng
BaTi03
toi da
la
10%. Ve co ban trong vat lieu mang
t6
hgp,
cac hat nano
BaTi03
dong vai tro la cau noi lien ket ngang giira cac phan tir epoxy,
lam
giam dp
linh
dong
ciia mach
phan tir nhua va lam thay doi cac tinh
eh§t ciia
vat
lieu to hgp. Cac nghien cim sau ban (khong trinh bay a day) cho thay
nSu
tang ham
lugng hat nano
Idn
ban
10%
xay ra hien tugng cac hat bi ket tu lam tang dp linh
dong
ciia
phan tir polyme va lam giam cac tinh chat can quan tam, vi du tinh chat ca