Ảnh hưởng của sự thay thế Fe cho Ti lên cấu trúc và tính chất điện từ của BaTiO3

Nguyễn Văn Đăng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 78(02): 39 - 44

39

ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ THAY THẾ Fe CHO Ti LÊN CẤU TRÖC

VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA BaTiO3

Nguyễn Văn Đăng1*

, Nguyễn Khắc Hùng1

,

Ngô Thị Lan1

, Vũ Đình Lãm2

và Lê Văn Hồng2

1

Trường Đại học Khoa học, ĐH Thái Nguyên

2Viện Khoa học vật liệu, Viện KH&CN Việt Nam

TÓM TẮT

Hệ vật liệu BaTi1-xFexO3 (x = 0,0 ÷ 0,03) đã đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn.

Mặc dù Fe đƣợc thay thế một phần rất nhỏ cho Ti trong cấu trúc BaTiO3 nhƣng đã ảnh hƣởng

mạnh lên cấu trúc tinh thể, phổ tán xạ Raman và các tính chất điện, từ của hợp chất này. Kết quả

cho thấy cấu trúc tinh thể của hệ chuyển từ tứ giác sang lục giác ngay ở nhiệt độ phòng. Phổ tán xạ

Raman của hệ thay đổi và xuất hiện một đỉnh mới gần 640 cm-1

khi hàm lƣợng Fe thay thế khoảng

2% cho Ti. Hàm lƣợng Fe3+ tăng làm cho bề rộng dải cấm giảm còn độ dẫn và từ tính của hệ tăng.

Mối liên hệ giữa cấu trúc, tính chất quang, điện và từ cũng đƣợc thảo luận trong báo cáo này.

Từ khoá: BaTi1-xFexO3, sắt điện, sắt từ, nhiễu xạ tia X, phổ Raman, phổ hấp thụ, multiferroic

MỞ ĐẦU

Với cấu trúc perovskite đặc trƣng (ABO3), vật

liệu BaTiO3 chứa đựng nhiều tính chất lý thú

về tính sắt điện (điện môi, áp điện...) và đã

đƣợc đƣa vào ứng dụng trong một số thiết bị

của nhiều ngành kỹ thuật [1-3,10]. Gần đây,

có nhiều công trình nghiên cứu xét tới việc

pha tạp các nguyên tố vào vị trí của Ba hoặc

Ti, làm cho tính chất của vật liệu đa dạng và

thú vị hơn rất nhiều. Khi pha tạp các nguyên

tố có từ tính nhƣ Fe, Mn, Ni…vào vị trí của

Ti khi đó trong vật liệu đồng tồn tại hai phân

cực điện và phân cực từ, nghĩa là vật liệu

đồng biểu hiện cả tính chất sắt từ và sắt điện

[3,11,12]. Đây là một hƣớng nghiên cứu hiện

thu hút sự chú ý của các nhà khoa học cả

trong nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng trong

các thiết bị hiện đại nhƣ: khả năng thu nhỏ

linh kiện, tăng mật độ linh kiện, tăng tốc độ

hoạt động và mở ra khả năng chế tạo các linh

kiện tổ hợp nhiều chức năng trên cùng một

chip. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày

ảnh hƣởng của sự pha tạp Fe lên sự chuyển

pha cấu trúc tinh thể và tính chất điện từ của

vật liệu BaTiO3.

THỰC NGHIỆM*

Các mẫu gốm Ba(Ti1-xFex)O3 (0 ≤ x ≤ 0.03)

đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp phản ứng pha

*

Email: [email protected]

rắn với nhiệt độ nung thiêu kết là 1300oC

trong 5 giờ. Độ sạch pha và cấu trúc tinh thể

của mẫu đƣợc kiểm tra bằng phƣơng pháp

nhiễu xạ tia X trên nhiễu xạ kế SIEMENS

D5000. Các phép đo tán xạ Raman đƣợc thực

hiện trên hệ Micro Raman LABRAM 1B với

đầu thu CCD trong vùng 100 ÷ 1000 cm-1

ở

nhiệt độ phòng. Tính chất quang đƣợc khảo

sát thông qua phép đo phổ hấp thụ trong vùng

bƣớc sóng từ 200 đến 1200 nm trên hệ Jasco

670 UV. Phần thực của hằng số điện môi

đƣợc đo ở nhiệt độ phòng trong khoảng tần số

từ 10 Hz đến 1.3 MHz trên hệ HP4192A.

Đƣờng từ trễ đƣợc đo theo nguyên lý từ kế

mẫu rung (VSM) trong từ trƣờng 1 Tesla trên

hệ PPMS-6000 của hãng Quantum Design.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu đƣợc

trình bày trên hình 1. Kết quả cho thấy các

mẫu hoàn toàn sạch pha và có cấu trúc đa tinh

thể. Với hàm lƣợng Fe thay thế x = 0.00 ÷

0.01 vật liệu có cấu trúc tứ giác (tetragonal),

còn các mẫu với x = 0.02 và 0.03 biểu hiện sự

đồng tồn tại cả hai loại cấu trúc tứ giác và lục

giác (hexagonal). Mẫu có x = 0.02 cấu trúc

lục giác đã bắt đầu hình thành nhƣng chiếm tỷ

lệ nhỏ, cấu trúc tứ giác vẫn chiếm tỷ lệ rất

lớn. Sự chuyển cấu trúc của hệ đƣợc thể hiện

rất rõ trên phổ nhiễu xạ tia X, các vạch nhiễu

xạ chính của các mẫu với x = 0.00 ÷ 0.01 tại

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn