Lý thuyết phần tử hữu hạn kết hợp với chương trình mô phỏng COMSOL Multiphysics được sử dụng để khảo sát trạng thái dao động của biến tử áp điện dạng đĩa và biến tử Cymbal[r]
Trang 1NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
Họ và tên nghiên cứu sinh: Đặng Anh Tuấn
Sinh ngày: 14 – 05 – 1984
Đơn vị đào tạo sau đại học: Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế
Khóa đào tạo: 2012
Đề tài luận án
Chế tạo và nghiên cứu các tính chất vật lý của hệ vật liệu xBZT – (1 – x)BCT pha tạp
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 62.44.01.04
Người hướng dẫn khoa học
TS Trương Văn Chương PGS.TS Võ Thanh Tùng
Những đóng góp mới của luận án
Chúng tôi đã xây dựng quy trình công nghệ và chế tạo thành công vật liệu áp điện
BaZr Ti O (1 )Ba Ca TiO
x x (xBZT) thiêu kết ở 1450oC Có thể nêu ra đây một
số kết quả quan trọng
Khi tăng tỷ phần, x, của BZT trong dung dịch rắn, cấu trúc của vật liệu thay đổi từ tứ giác sang mặt thoi Thành phần ứng với x 0.48 tồn tại đồng thời pha mặt thoi và pha tứ giác, và chúng tôi dự đoán đây là thành phần biên pha hình thái học, khác với một công bố trước đó khi cho rằng, biên pha hình thái học của hệ nằm ở thành phần x 0.50.
Các thông số đàn hồi, điện môi, áp điện của hệ vật liệu được thiết lập đầy đủ Theo đó,
thành phần x = 0.48 (thành phần biên pha hình thái học) cho các thông số áp điện nổi bật nhất,
với d33, d31, d15, k33, kp, kt, k15, k31 lần lượt là 542 pC/N, -188 pC/N, 335 pC/N, 0.66, 0.52, 0.55, 0.45, 0.30 Kết quả này khẳng định, xBZT là hệ liệu đầy tiềm để thay thế cho các vật liệu áp điện chứa chì
Hệ vật liệu 0.48BZT pha tạp nano ZnO cho các tính chất áp điện tối Thành phần vật liệu ứng với 0.15% khối lượng ZnO nano (0.48BZT-0.15) được thiêu kết ở 1350oC có thông số số áp điện điện tương đối cao so với vật liệu trên nền PZT, với, d33 = 420 pC/N, kp = 048, k33 = 0.57 Đối với mẫu 0.48BZT-0.15 thiêu kết kết ở 1450oC, d33 = 576 pC/N, kp = 0.55
Lý thuyết phần tử hữu hạn kết hợp với chương trình mô phỏng COMSOL Multiphysics được sử dụng để khảo sát trạng thái dao động của biến tử áp điện dạng đĩa và biến tử Cymbal trên cơ sở vật liệu 0.48BZT Sự phù hợp tốt về kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm khẳng
Trang 2định tính chất áp điện nổi bật của hệ vật liệu áp điện không chì này Đây là vật liệu đáp ứng tốt yêu cầu chế tạo các biến tử thủy âm
Chúng tôi đã thử nghiệm chế tạo biến tử thủy âm Cymbal sử dụng vật liệu áp điện 0.48BZT
và nghiên cứu sự dịch chuyển tần số cộng hưởng của nó so với biến tử tự do có cùng đường kính Kết quả cho thấy, biến tử Cymbal có khả năng hoạt động ở tần số thấp hơn 6.6 lần so với biến tử tự do cùng đường kính
Đặng Anh Tuấn
Trang 3
THE NEW CONTRIBUTIONS OF THE THESIS
Full name of PhD student: Dang Anh Tuan
Date of birth: 14-05-1984
Training Institution: College of Sciences, Hue University
Training course: 2012
Thesis title
SYNTHESIS AND STUDY THE PHYSICAL PROPERTIES OF MODIFIED
x x MATERIAL SYSTEMS
Major: Solid State Physics
Code: 62.44.01.04
Academic Supervisor:
PhD Truong Van Chuong
Assoc Prof Dr Vo Thanh Tung
The new contributions of the thesis
We have developed manufacturing procedure and successfully fabricated the non lead piezoelectric ceramicsxBaZr Ti O0.2 0.8 3 (1x)Ba Ca TiO0.7 0.3 3(abbreviated as BZTx ) sintered at 1450oC Some important results are listed as below
+ As increasing BZT content, the crystal symmetry change from a tetragonal phase to rhombohedral one Moreover, there is a coexistence of tetragonal and rhombohedral phases at 0.48
x It is permissible to predict that MPB is located at 0.48BZT composition This result I different from previous work, where MPB composition is x 0.50
+ A full set of eleastic, dielectric, piezoelectric parameters were calculated For 0.48BZT sample, the high values of d33, d31, d15, k33, kp, kt, k15, k31 are 542 pC/N, -188 pC/N, 335 pC/N, 0.66, 0.52, 0.55, 0.45, 0.30, respectively These results confirm that BZTx materials are excellent candidates to replace for Pb-based materials
+ ZnO nanoparticles doped 0.48BZT ceramics were successfully using conventional technique As a result, 0.48BZT doped with 0.15 wt% ZnO nanoparticles sample sintered at temperature of 1350oC possesses very high piezoelectric parameters The values of d33, k33, kp for this composition are 420 pC/N, 0.57, 0.48, respectively For sample sintered at 1450oC, excellent values of d33, kp are 576 pC/N, 0.55, respectively
+ The combination of finite element method and COMSOL Multiphysics was employed to study oscillation behaviour of disk-shaped and Cymbal transducer based 0.48BZT ceramic The simulation results are well appropriate with the results from experiments that assert remarkable
Trang 4piezoelectric properties of the 0.48BZT material The material system is suitable for hydro-acoustic applications
+ The experiences in preparing Cymbal transduce used 0.48BZT piezoelectric element were implemented, and the shift in resonance frequency of Cymbal transducer are examined Consequently, Cymbal transducer could be work at lower frequency of about 6.6 times compared
to that of the same diameter disk-shaped transducer
PhD Student
Dang Anh Tuan