PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ...

8
PMP9-1 สมบัติทางไดอิเล็กตริกของวัสดุเซรามิก Na 0.5 Y 0.5 Cu 3 Ti 4 O 12 ที่เจือด้วย Sr 2+ Dielectric properties of Sr 2+ doped Na 0.5 Y 0.5 Cu 3 Ti 4 O 12 ceramics ปริวรรต แสงวงศ์ (Pariwat Saengvong)* ดร.ประสิทธิ ทองใบ (Dr.Prasit Thongbai)** บทคัดย่อ งานวิจัยนี ้ ได้สังเคราะห์วัสดุเซรามิก (Na 0.5 Y 0.5 ) 1-x Sr x Cu 3 Ti 4 O 12 (x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) โดยใช้วิธีปฏิกิริยา ของแข็งและเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 1000 o C เป็นเวลา 10 ชั่วโมง ผงที่ผ่านการเผาแคลไซน์ถูกนามาขึ ้นรูปและเผาผนึกทีอุณหภูมิ 1070 o C เป็นเวลา 18 ชั่วโมง ผลการทดลองพบว่าการเจือไอออนของ Sr 2+ สามารถยับยั ้งการเติบโตของเกรน โดยเกรนจะมีขนาดลดลงจาก 42.7 ถึง 6.8 ไมโครเมตร ((m) ตามการเพิ ่มของปริมาณการเจือ Sr 2+ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ( ) ของทุกวัสดุตัวอย่างมีค่าประมาณ 10 4 ในช่วงความถี10 2 -10 6 Hz และ โดยค่า ที่ความถี1 kHz และทีอุณหภูมิห้องของวัสดุ (Na 0.5 Y 0.5 ) 1x Sr x Cu 3 Ti 4 O 12 (x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) มีค่าเท่ากับ 38,659, 25,781, 23,317 และ 21,394 ตามลาดับ ส่วนค่าแทนเจนต์ของการสูญเสียทางไดอิเล็กตริก ( tan) มีค่า 0.83, 0.07, 0.08 และ 0.47 ตามลาดับ การเจือไอออนของ Sr 2+ ในปริมาณที่เหมาะสมสามารถลดค่า tan ของวัสดุเซรามิก ( Na 0.5 Y 0.5 ) Cu 3 Ti 4 O 12 ได้ จาก การศึกษาด้วยใช้เทคนิคการวิเคราะห์เชิงอิมพีแดนซ์สามารถยืนยันได้ว่าขอบเกรนของวัสดุมีสมบัติทางไฟฟ้าเป็นฉนวน และภายในเกรนของวัสดุเป็นสารกึ ่งตัวนา ABSTRACT In this research work, ( Na 0.5 Y 0. 5 ) 1-x Sr x Cu 3 Ti 4 O 12 ( x = 0. 00, 0. 1, 0. 2, and 0. 33) ceramics were prepared by a solid state reaction method and calcined at 1000 o C for 10 h. The calcined powders were pressed into pellets and then sintered at 1070 o C for 18 h. It is found that substitution of Sr 2+ ions can inhibit the grain growth. A grain size decreases with increasing Sr 2+ doping ions from 42.7 to 6.8 m. The dielectric permittivity () values of all ceramic compositions are on the order of 10 4 in the frequency range of 10 2 -10 6 Hz. The values at 1 kHz and room temperature of the ( Na 0. 5 Y 0. 5 ) 1-x Sr x Cu 3 Ti 4 O 12 ceramics with x = 0. 00, 0. 1, 0. 2, and 0. 33 are, respectively, of about 38,659, 25,781, 23,317 and 21,394, while the dielectric loss tangent (tan) are 0.83, 0.07, 0.08 and 0.47, respectively. Interestingly, doping ( Na 0. 5 Y 0. 5 ) Cu 3 Ti 4 O 12 with a suitable concentration can cause a decrease in tan. According to the impedance spectroscopy analysis, it is confirmed that the electrical properties of the grain and grain boundary are semiconductor and insulator, respectively. คาสาคัญ: สมบัติทางไดอิเล็กตริก ค่าแทนเจนต์ของการสูญเสียทางไดอิเล็กตริก เซรามิก Keywords: Dielectric properties, dielectric loss tangent, ceramics * นักศึกษา หลักสูตรวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น ** ผู ้ช่วยศาสตราจารย์ ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น - 301 -

Transcript of PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ...

Page 1: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-1

สมบตทางไดอเลกตรกของวสดเซรามก Na0.5Y0.5Cu3Ti4O12 ทเจอดวย Sr2+ Dielectric properties of Sr2+doped Na0.5Y0.5Cu3Ti4O12 ceramics

ปรวรรต แสงวงศ (Pariwat Saengvong)* ดร.ประสทธ ทองใบ (Dr.Prasit Thongbai)**

บทคดยอ

งานวจยน ไดสงเคราะหวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 (x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) โดยใชวธปฏกรยาของแขงและเผาแคลไซนทอณหภม 1000 oC เปนเวลา 10 ชวโมง ผงทผานการเผาแคลไซนถกน ามาขนรปและเผาผนกทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง ผลการทดลองพบวาการเจอไอออนของ Sr2+ สามารถยบย งการเตบโตของเกรน โดยเกรนจะมขนาดลดลงจาก 42.7 ถง 6.8 ไมโครเมตร ((m) ตามการเพมของปรมาณการเจอ Sr2+ คาคงทไดอเลกตรก () ของทกวสดตวอยางมคาประมาณ 104 ในชวงความถ 102-106 Hz และ โดยคา ทความถ 1 kHz และทอณหภมหองของวสด (Na0.5Y0.5)1xSrxCu3Ti4O12 (x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) มคาเทากบ 38,659, 25,781, 23,317 และ 21,394 ตามล าดบ สวนคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก (tan) มคา 0.83, 0.07, 0.08 และ 0.47 ตามล าดบ การเจอไอออนของ Sr2+ ในปรมาณทเหมาะสมสามารถลดคา tan ของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)Cu3Ti4O12 ได จากการศกษาดวยใชเทคนคการวเคราะหเชงอมพแดนซสามารถยนยนไดวาขอบเกรนของวสดมสมบตทางไฟฟาเปนฉนวนและภายในเกรนของวสดเปนสารกงตวน า

ABSTRACT

In this research work, (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 (x = 0.00, 0.1, 0.2, and 0.33) ceramics were prepared by a solid state reaction method and calcined at 1000 oC for 10 h. The calcined powders were pressed into pellets and then sintered at 1 0 7 0 oC for 18 h. It is found that substitution of Sr2+ ions can inhibit the grain growth. A grain size decreases with increasing Sr2+ doping ions from 42.7 to 6.8 m. The dielectric permittivity () values of all ceramic compositions are on the order of 104 in the frequency range of 102-106 Hz. The values at 1 kHz and room temperature of the (Na0.5Y0.5) 1-xSrxCu3Ti4O12 ceramics with x = 0.00, 0.1, 0.2, and 0.33 are, respectively, of about 38,659, 25,781, 23,317 and 21,394, while the dielectric loss tangent (tan) are 0.83, 0.07, 0.08 and 0.47, respectively. Interestingly, doping (Na0.5Y0.5)Cu3Ti4O12 with a suitable concentration can cause a decrease in tan. According to the impedance spectroscopy analysis, it is confirmed that the electrical properties of the grain and grain boundary are semiconductor and insulator, respectively.

ค าส าคญ: สมบตทางไดอเลกตรก คาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก เซรามก Keywords: Dielectric properties, dielectric loss tangent, ceramics * นกศกษา หลกสตรวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ** ผชวยศาสตราจารย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน

- 301 -

Page 2: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-2

บทน า

ในปจจบนนนไดมการศกษาสมบตทางไดอเลกตรกอยางกวางขวางและวสดทมคาคงทไดอเลกตรกสง (High dielectric constant materials) ไดรบความสนใจเปนอยางมากเนองจากสามารถน าไปประยกตและพฒนาอปกรณอเลกทรอนกไดเปนจ านวนมากอยางเชน ตวเกบประจ (Capacitor) และสงประดษฐความจ า (memory devices) วสดทมคาคงทไดอเลกตรกทสงนนจงมบทบาทส าคญในการพฒนาอปกรณอเลกทรอนกสเปนอยางมากโดยคาคงทไดอเลกตรกสถต (static dielectric constant, s) ของวสดจะเปนปจจยหลกในการลดขนาดและคงประสทธภาพของอปกรณอเลกทรอนกสเหลานได (Homes et al., 2001) โดยทวไปแลววาวสดทมโครงสรางแบบเพอรอฟสไกต (perovskites) นนจดเปนกลมทมคาคงทไดอเลกตรก (dielectric constant, ) ทสง และมการน ามาผลตเปนอปกรณอเลกทรอนกสกนอยางแพรหลายในปจจบน วสดเพอรอฟสไกตทมคาไดอเลกตรกสงสามารถแบงออกเปนไดสองกลม โดยกลมแรกคอ วสดเฟอโรอเลกตรกแบบปกต (normal-ferroelectric) เชน BaTiO3 และ Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) และกลมทสองคอ วสดเฟอรโรอเลกตรกแบบรแลกเซอร (relaxor-ferroelectric) ซงไดแก Pb(Zn1/3Nb2/3)O3 (PZN), PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) และ (Bi, Sr)TiO3 แตคาคงทไดอเลกตรกของวสดทงสองกลมนเปลยนแปลงตามอณหภมเปนอยางมาก ท าใหเกดผลเสยและเปนขอจ ากดในการท าอปกรณอเลกทรอนกสเปนอยางมาก (Wu et al., 2003) เชน ในการประดษฐตวเกบประจทตองการความเสถยรหากวสดมการเปลยนแปลงตามอณหภมมากแลวจะท าใหสงประดษฐเสยหายได นองจากนแลววสดกลมเพอรอฟสไกตโดยสวนใหญมตะกว (lead) เปนองคประกอบ ซงเปนททราบกนดอยแลววาตะกวนนเปนสารพษ ดงนนวสดทมคาคงทไดอเลกตรกสงและไมมตะกวเปนองคประกอบจงไดรบการสนใจและมการศกษาอยางกวางขวาง

ไดมรายงานการคนพบออกไซนเพอรอฟสไกต CaCu3Ti4O12 (CCTO) ซงมคาคงทไดอเลกตกสงมาก โดยม

คาคงทไดอเลกตรกประมาณ 105 (ทอณหภมหองและทความถ 1 KHz) และคาคงทไดอเลกตรกของ CCTO นนม

คอนขางคงทในชวงอณหภม -173 ถง 327 oC (Ramirez et al., 2000; Subramanian et al., 2000) นอกจากนแลว CCTO

นนยงไมมองคประกอบของตะกว (lead) จากคณสมบตดงกลาวท าให CCTO เปนวสดทนาสนใจและไดรบการศกษา

อยางกวางขวาง (Wu et al., 2003)

CCTO นนเปนสารประกอบทมโครงสรางแบบ IBLC (Internal Barrier Layer Capacitance) ซงมเกรนเปนสาร

กงตวน าและขอบเกรนเปนฉนวนทางไฟฟา ซงเปนสาเหตทท าให CCTO มคาคงทไดอเลกตรกทสง(Sinclair et al.,

2002)นอกจาก CCTO แลวยงมวสดทมพฤตกรรมคลายๆกบ CCTO มาก โดยมคาคงทไดอเลกตรกสงประมาณ 103-104

(ทอณหภมหองและทความถ 1 KHz) วสดทกลาวมาคอ Na0.5Y0.5Cu3Ti4O12 (NYCTO) วสด NYCTO นนนอกจากจะม

คาคงทไดอเลกตรกทสงแลวยงมคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก (Dielectric loss tangent, tan) ต า จงท า

ให NYCTO เปนอกวสดทนาสนใจ (Jumpatam J et al., 2016)

เนองจากคณสมบตทดของ NYCTO ดงนน NYCTO จงไดรบความสนใจและไดมการศกษาอยางกวางขวาง โดย

งานวจยสวนมากจะมงประเดนในการศกษาสาเหตของการมคาคงทไดอเลกตรกนน ในสวนของการพฒนาคณสมบตคอ

ตองการเพมคาคงทไดอเลกตรกและการลดคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกของวสดดงกลาวเพอทจะ

สามารถน าวสดทศกษาไปใชท าอปกรณอเลกทรอนกสและใชงานไดจรง ในปจจบนวสดเซรามก NYCTO น นเปนวสดทนาสนใจและไดรบการศกษาอยางกวางขวางเพอน าไป

ประยกตใชงานจรง โดยงานวจยสวนใหญจะมงเนนทการปรบปรงคาคงทไดอเลกตรกใหดยงขน นนคอการลดคาการ

- 302 -

Page 3: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-3

สญเสยทางไดอเลกตรก ( tan) ของวสดโดยหนงในวธการในการปรบปรงคณสมบตดงกลาวคอการเจอไอออนโลหะตางๆ เพอแทนทต าแหนงของไอออนบวกในโครงสรางของวสด ดงน นในงานวจย น จ งได ม ง เนน เพ อท าสารสงเคราะหและศกษากระบวนการเตรยมวสดเซรามก NYCTO ทเจอดวยไอออนโลหะ Sr2+ เพอเขาไปแทนทต าแหนงไอออนบวกในโครงสรางดวยวธปฏกรยาของแขง (Solid state reaction) โดยคาดหวงวาการเจอดวยไอออนโลหะ Sr2+ เขาไปในวสดเซรามก NYCTO นนจะสามารถปรบปรงคณสมบตทางไดอเลกตรกของวสดเซรามกโดยสามารถเพมคาคงทไดอเลกตรก (ɛ) และสามารถลดคาการสญเสยทางไดอเลกตรก (tan) ของวสด และสมารถน าความรไปใชในการปรบปรงและพฒนาเทคโนโลยอเลกทรอนกสเพอเปนประโยชนในอนาคต

วตถประสงคการวจย 1. เพอสงเคราะหวสดเซรามก NYCTO ทเจอไอออนโลหะ Sr2+ 2. เพอศกษาโครงสรางผลกและโครงสรางทางจลภาคของวสดเซรามกทสงเคราะหได 3. เพอปรบปรงสมบตทางไดอเลกตรกของวสดเซรามก NYCTO 4. เพอศกษาผลของการเจอไอออนโลหะ Sr2+ลงไปในวสด NYCTO ในอตราสวนตางๆทมผลตอโครงสรางทางจลภาค สมบตทางไดอเลกตรกและสมบตทางไฟฟาของวสด NYCTO

วธการวจย การสงเคราะหวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 (x=0.00, 0.1, 0.2, และ 0.33) ทเตรยมโดยใชวธปฏกรยา

ของแขง (Solid state reaction) ในขนตอนแรกเรมตนจาการเตรยมผสมสารต งตน Y2O3, Na2CO3, CuO, TiO2 และ

SrCO3 ในอตราสวนตางๆ หลงจากนนผสมสารตงตนโดยเทคนคการบดดวยลกบอลเปยก(wet ball milling)โดยใชเอทา

นอลเปนตวท าละลาย เปนเวลา 24 h หลงจากนนน าไปอบจนแหง น าผงทแหงถกน ามาบดใหละเอยด แลวน าไปเผาแคล

ไซน (calcination) ทอณหภม 1000 oC เปนเวลา 10 ชวโมง จากนนน ามาบดใหละเอยดและรอนผานตะแกรงกรองทม

ขนาด 150 ไมโครเมตร จากนนน าไปเผาแคลไซนทอณหภม 1000 oC เปนเวลา 10 ชวโมง อก 1 รอบและน ามาบดรอน

ผานตะแกรงกรองอกครง สดทายน าวสดผงทละเอยดไปขนรปโดยการอดแรงดนแบบทศทางเดยวแลวน าวสดทขนรป

แลวไปเผาผนก (sintering) ทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง

ในการวเคราะหโครงสรางของวสดในการวจยนนนใชเทคนคการเลยวเบนรงสเอกซ (X-ray diffractometer,

XRD) ซงเทคนคนน นเปนการศกษาเฟสองคประกอบโครงสรางผลกของวสดทสงเคราะหได โดยอาศยหลกการ

เลยวเบนและการกระเจงของรงสเอกซ โดยขอมลทไดนนจะบงบอกถงสารทเปนองคประกอบในวสดทสงเคราะหได

และอกเทคนคหนงในการศกษาโครงสรางทางจลภาคคอ เทคนคการถายภาพดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสอง

กราด (Scanning electron microscopy, SEM) ซงขอมลทไดจะบงบอกถงลกษณะพนผวของโครงสรางขนาดและรปราง

ของเกรน

การเตรยมวสดศกษาดวย SEM เตรยมโดยขดผวหนาของวสดแลวเคลอบทองลงบนผวของวสดเพอใหวสดน า

ไฟฟาได ซงเครองเคลอบทอง (sputter coater) ตงอย ณ ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ผลต

โดยบรษท FISONS รน POLARON SC500 โดยใชกระแส 30 mA เวลาทเคลอบนาน 3 นาท และใชเครอง SEM ตงอย

ภาควชาชววทยา คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ผลตโดยบรษท LEO ประเทศองกฤษ รน 1450VP

- 303 -

Page 4: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-4

วสดทผานการสงเคราะหแลวถกน ามาศกษาสมบตทางไดอเลกตรกโดยใชเทคนคตวเกบประจแผนคขนาน

ท ดสอบ โด ยใช เค ร อ ง ม อ Impedance/Agilent 4194A Precision Impedance Analyzer ท ต งอ ย ณ ภ าค ฟ ส ก ส

มหาวทยาลยขอนแกน ซงคาทวดไดนนจะอยในรปของคาความจไฟฟา (capacitance, C) และคาแทนเจนตของการ

สญเสย (tan) โดยในงานวจยนจะวดคาในชวงความถ 102-107 Hz ในชวงอณหภม -60 ถง 190 oC ซงคาทไดนสามารถ

น าไปค านวณคาคงทไดอเลกตรกและสมบตทางไฟฟาของวสดได

ผลการวจย ผลการศกษาการเกดเฟสและโครงสรางของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12

รปแบบการเลยวเบนของรงสเอกซของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 (เมอ x=0.0, 0.1, 0.2 และ 0.33)

ทเผาผนก (sintering) ทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง โดยใชเทคนค XRD ผลการศกษาแสดงในรปแบบของ

กราฟความสมพนธระหวางความเขมขนของรปแบบการเลยวเบน กบ มมการเลยวเบนรงสเอกซ โดยใชมม 2ѳ เรมตน

และสนสดท 25 องศา และ 65 องศา ตามล าดบ ดงแสดงในภาพท 1 จากรปแบบการเลยวเบนของรงสเอกซในวสดเซรา

มกในทกๆสารตวอยางบงชวาเกดเฟสของ (Na0.5Y0.5)1-xSrx Cu3Ti4O12 โดยเปนเฟสทมโครงสรางแบบลกบาศกลกบาศก

(Somphan W et al., 2012) อยางไรกตามเมอเพมความเขมขนของไอออนโลหะ Sr2+ ในปรมาณทมากปรากฏวาตรวจ

พบเฟสของ SrTiO3ในปรมาณทเลกนอย (นอยมาก) ทเกดจากปฏกรยาระหวางสารตงตนสารตงตน

ภาพท 1 รปแบบการเลยวเบนรงสเอกซในวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ทผานการเผาผนก (sintering) ท

อณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง

- 304 -

Page 5: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-5

ผลการศกษาลกษณะสณฐานของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 โดยเทคนค SEM

การศกษาลกษณะพนผวของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ( เมอ x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) เพอ

ศกษาการอดแนนของวสดโดยดจากการเกดรพรนและขนาดของเกรน ในวสดทผานการเผาผนกทอณหภม 1070 oC

เปนเวลา 18 ชวโมง การหาขนาดของเกรนเฉลยจากภาพถายโดยใชเทคนค SEM โดยการวเคราะหจากภาพถายเกรน

เฉลยมขนาด 42.7, 18.4 , 9.6, และ 6.8 µm ตามล าดบ จะเหนวาเกรนมขนาดเลกลงเมอเพมไอออนโลหะ Sr2+ มากขน

เนองจาก Sr2+ นนเขาไปยบย งการเจรญเตบโตของเกรนและสงผลใหบรเวณขอบเกรนมความหนาแนนเพมมากขน

ภาพท 2 ภาพถายพนผวโดยเทคนค SEM ของวดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 (a) x=0.00, (b) x=0.1, (c) x=0.2,

(d) x=0.33, ทผานการเผาผนก (sintering) ทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง

ผลการศกษาสมบตทางไดอเลกตรกของวสดเซรามก ( Na0.5Y0.5)1-xSrx Cu3Ti4O12 ทเปลยนตามความถ

คาคงทไดอเลกตรกของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ผานการเผาผนก (sintering) อณหภม 1070 oC

เปนเวลา 18 ชวโมง ทวดตามความถในชวง 102-107 Hz ณ อณหภมหองแสดงดงภาพท 3(a) โดยคาคงทไดอเลกตรกของ

ทกสารตวอยางมคาทสงมาก โดยคาคงทไดอเลกตรกของทกสารตวอยางทความถ 1 kHz มคา 38659, 25781, 23317,

และ 21394 ตามล าดบ เมอเจอไอออนโลหะ Sr2+ มากขนจะท าใหเกรนมขนาดทลดลงและสงผลใหขอบเกรนมความ

หนาทมากขนท าใหคาคงทไดอเลกตรกมคาลดลงซงเปนไปตามทฤษฏโครงสรางแบบ IBLC และทนาสนใจคาคงทไดอ

40 m 40 m 40 m

(a) (b)

(c) (d)

40 m

- 305 -

Page 6: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-6

เลกตรกของสารตวอยางท x=0.1 และ 0.2 มคาคอนขางคงทในชวงความถ 102-105 Hz นอกจากนคาแทนเจนตของการ

สญเสยทางไดอเลกตรกแสดงในภาพท 3(b) โดยทคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกของทกสารตวอยางทวด

ทความถ 1 kHz มคา 0.83, 0.07, 0.08, และ 0.47 ตามล าดบ ซงจะเหนวาคาของสารทเงอนไข x=0.1 และ x=0.2 มคา

แทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกทต า จากภาพท 3 คาคงทไดอเลกตรกจะมคาลดลงเมอความถเพมขนซงเปน

ผลมาจากกระบวนการรแลกเซชนและกระบวนการโพลาไรเซชนทเกดจากการตอบสนองทางไฟฟาขององคประกอบ

ตางๆในวสดไดอเลกตรก และมคาลดลงอยางฉบพลนทความถ 106 Hz พฤตกรรมดงกลาวน เรยกวาพฤตกรรมการผอน

คลายทางไดอเลกตรก โดยทความถต า คาคงทไดอเลกตรกมคาทสงเนองจากไดโพลไฟฟามการตอบสนองทางไฟฟาได

อยางสมบรณ หรอกลาวไดวาไดโพลไฟฟามเวลามากพอในการกลบทศ แตเมอความถมากขนการกลบทศของไดโพล

ไฟฟาเกดขนไดไมสมบรณหรอกลาวไดวาการกลบทศตามสนามไฟฟาเกดขนไดยากสงผลใหคาคงทไดอเลกตรกมคา

ลดลง ซงกสอดคลองกบการเพมขนของคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก (Thongbai P et al., 2007)

ภาพท 3 การเปลยนแปลงกบความถของคาคงทไดอเลกตรก (a) และคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก (b)

ของวดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ทผานการเผาผนก (sintering) ทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18 ชวโมง ในชวงความถ 100 Hz ถง 10 MHz

40 m 40 m 40 m

- 306 -

Page 7: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-7

ผลการศกษาสมบตทางไดอเลกตรกของวสดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ทเปลยนตามอณหภม

ภาพท 4 แสดงการเปลยนแปลงกบอณหภมขงคาคงทไดอเลกตรกทความถ 100 Hz ของวสดเซรามก

(Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ( เมอ x=0.00, 0.1, 0.2 และ 0.33) โดยทคาคงทไดอเลกตรกมคาคอนขางเปลยนแปลงตาม

อณหภมยกเวนวสดไดอเลกตรก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ทเงอนไข x=0.1 คาคงทไดอเลกตรกมคาคอนขางคงทตลอด

ชวงอณหภม -60 ถง 190 oC และคาคงทไดอเลกตรกจะมคาเพมมากขนเมออณหภมมคาสงมากขนซงคาแทนเจนตของ

การสญเสยทางไดอเลกตรกกจะสขนเชนเดยวกนเมออณหภมสงขน

ภาพท 4 การเปลยนแปลงกบอณหภมของคาคงทไดอเลกตรก (a) และคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรก (b)

ของวดเซรามก (Na0.5Y0.5)1-xSrxCu3Ti4O12 ทผานการเผาผนก (sintering) ทอณหภม 1070 oC เปนเวลา 18

ชวโมง ในชวงอณหภม -60 ถง 190 oC ทความถ 100 Hz

40 m 40 m 40 m

- 307 -

Page 8: PMP9 1 - Khon Kaen UniversitySrCO3 ในอัตราส่วนต่างๆ หลังจากนั้นผสมสารตั้งต้นโดยเทคนิคการบดด้วยลูกบอลเปียก(wet

PMP9-8

อภปรายและสรปผลการวจย การเจอไอออนโลหะ Sr2+ เขาไปใน ( Na0.5Y0.5)1-xSrx Cu3Ti4O12 ในปรมาณทเหมาะสมน นจะสามารถลดคา

แทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกของวสดลงได โดยปรมาณทเหมาะสมทสดในการทดลองนส าหรบการเจอการไอออนโลหะ Sr2+ คอ x=0.01 โดยจะใหคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกอยท 0.07 (ทความถ 1 kHz) นอกจากจะใหคาแทนเจนตของการสญเสยทางไดอเลกตรกทต าแลวยงท าใหคาคงทไดอเลกตรกมคาคอนขางคงทในชางความถ 102-105 Hz และยงมคาคอนขางคงทตลอดชวงอณหภม -60 ถง 190 oC ดวย โดยมสาเหตเนองจากการเจอไอออนของ Sr2+ สามารถสงผลตอการปรบปรงสมบตทางไฟฟาทขอบเกรน

กตตกรรมประกาศ การศกษาครงนขอขอบคณทนเรยนดแหงประเทศไทยทสนบสนนทนวจย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ทใหการสนบสนนการใชเครองมอในการท างานวจยครงน และขอขอบคณ ผศ.ดร. ประสทธ ทองใบ ทใหค าปรกษาในการท างานวจย

เอกสารอางอง Homes CC, Vogt T, Shapiro SM, Wakimoto S, Ramirez AP. Optical response of high-dielectric-constant perovskite-

related oxide. Science 2001; 293: 673.

Ramirez AP, Subramanian MA, Gardel M, Blumberg G, Li D, Shapiro SM, et al. Giant dielectric constant response

in a copper-titanate. Solid State Communications 2000; 115: 217-220.

Wu JB, Nan J, Nan CW, Lin Y, Deng Y, Zhao S. Analysis of AC electrical properties of (Li and Ti)-doped NiO.

Materials Science and Engineering 2003; 99: 294–297. Sinclair DC, Adams TB, Morrison FD, West AR. CaCu3Ti4O12: One step internal barrier layer capacitor. Journal of

Apply Physics Letter 2002; 80: 2153. Subramanian MA, Li Dong, Duan N, Reisner BA, Sleight AW. High Dielectric constant in ACu3Ti4O12 and

ACu3Ti3FeO12 Phases. Journal of Solid State Chemistry 2000; 151: 323-325. Jumpatam J, Mooltang A, Putasaeng B, Kidkhunthod P, Chanlek N, Thongbai P, et al. Effects of Mg2

2+ doping ions on giant dielectric properties and electrical responses of Na1/2Y1/2Cu3Ti4O12 ceramics. Ceramics International 2016; 42(14): 16287–16295.

Somphan W, Sangwong N, Yamwong T, Thongbai P. Giant and electrical properties of sodium yttrium copper

titanate: Na1/2Y1/2Cu3Ti4O12. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2012; 23: 1229-1234.

Thongbai P, Masingboon C, Maensiri S, Yamwong T, Wongsaenmai S, Yimnirun R. Giant dielectric behavior of

CaCu3Ti4O12 subjected to post-sintering annealing and uniaxial stress. J. Phys.: Condens Matter. 2007; 19:

236208.

- 308 -