BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THẾ QUANG
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU SẮT ĐIỆN
Ở KÍCH THƯỚC NANO MÉT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC
Hà Nội - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN THẾ QUANG
TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU SẮT ĐIỆN
Ở KÍCH THƯỚC NANO MÉT
Ngành: Cơ học
Mã số: 9440109
LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Đỗ Văn Trường
Hà Nội - 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Đỗ Văn Trường, thực hiện tại Bộ môn Cơ điện tử, Viện Cơ khí, Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 02 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Nghiên cứu sinh
PGS.TS. Đỗ Văn Trường Trần Thế Quang
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đỗ Văn Trường, người
thầy đã định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Thầy đã truyền cho tôi hứng thú và
niềm hạnh phúc lớn lao trong nghiên cứu và khám phá khoa học, biết vượt qua khó
khăn để vươn tới, với tinh thần tận tụy với học trò và nghiêm túc trong nghiên cứu
khoa học.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể các thầy trong Bộ môn Cơ học vật rắn, Bộ môn
Cơ điện tử, Viện Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã động viên, chia sẻ,
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất cũng như tinh thần để tôi thực
hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy trong Bộ môn cơ sở Thiết kế máy và Robot,
đã động viên, giúp đỡ và chia sẻ nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình học
tập và nghiên cứu.
Trong suốt thời gian thực hiện luận án, tôi may mắn được tham gia vào một Lab
nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu khoa học vật liệu và quốc tế (ICCMS), nơi mà
tôi học tập và nhiên cứu cùng với đội nhóm mạnh mẽ. Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến
những người em, các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ và thảo luận đóng góp ý kiến cho luận
án.
Tôi cũng mong muốn được cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã động
viên, giúp đỡ, 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 sâu sắc. Sự động viên, hỗ trợ và hi 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.
Hà Nội, tháng 02 năm 2022
Nghiên cứu sinh
Trần Thế Quang
`
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ................................................................ xi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẮT ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ
PHỎNG ...................................................................................................................... 5
1.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................... 5
1.2 Khái niệm và đặc điểm của vật liệu sắt điện ................................................ 6
1.2.1 Vật liệu sắt điện ................................................................................. 6
1.2.2 Cấu trúc tinh thể vật liệu sắt điện ...................................................... 7
1.2.3 Phân cực tự phát ................................................................................ 8
1.2.4 Miền phân cực sắt điện (Domain) ................................................... 10
1.2.5 Quá trình phân cực sắt điện ............................................................. 12
1.2.6 Đường cong điện trễ ........................................................................ 13
1.2.7 Nhiệt độ chuyển pha – nhiệt độ Curie ............................................. 15
1.2.8 Quan hệ giữa biến dạng và phân cực ............................................... 16
1.3 Một số vật liệu sắt điện (ABO3) điển hình ................................................. 17
1.3.1 Chì titanate - PbTiO3 ....................................................................... 17
1.3.2 Chì Zirconate Titanate {Pb(ZrxTi1-x)O3, PZT} ................................ 17
1.3.3 Chì Lanthanum Zirconate Titanate (PbLaZrTiO3 - PLZT) ............. 17
1.3.4 Chì Magnesium Niobate {Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - PMN} ..................... 18
1.3.5 Barium titanate (BaTiO3 - BTO) ..................................................... 18
1.4 Ứng dụng của vật liệu sắt điện ................................................................... 19
1.4.1 Bộ nhớ sắt điện ................................................................................ 20
1.4.2 Các ứng dụng tương lai ................................................................... 23
1.5 Các phương pháp mô phỏng ....................................................................... 23
1.5.1 Phương pháp mô phỏng được sử dụng trong nghiên cứu ............... 24
1.5.1.1 Phương pháp tính toán nguyên lý đầu .................................. 24
1.5.1.2 Phương pháp tính toán mô hình vỏ - lõi ............................... 28
1.5.2 Phương pháp tối ưu hóa ................................................................... 30
1.5.3 Điều kiện biên chu kỳ ...................................................................... 33
1.6 Độ phân cực điện ........................................................................................ 34
