Thermally induced phase transition and dielectric relaxation in lead-free BaTi0.94Sn0.06O3 Ceramics: Insights from in-situ XRD and XAS
ที่มา
Sn-doped BaTiO3 เป็นวัสดุไดอิเล็กทริกที่สามารถนำมาใช้เป็นตัวเก็บประจุในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เซ็นเซอร์ และอุปกรณ์กักเก็บพลังงานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า โดยวัสดุชนิดมีโครงสร้างผลึก (crystal structure) หลายแบบซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุเมื่อนำไปใช้งาน ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาผลของอุณหภูมิต่อโครงสร้างผลึกของวัสดุดังกล่าว เพื่อความเข้าใจเชิงลึกและนำไปพัฒนาต่อไป
กระบวนการวิจัย และเทคนิคทางแสงซินโครตรอนที่เกี่ยวข้อง
งานวิจัยนี้ทำการศึกษาเตรียมวัสดุ Sn-doped BaTiO3 (BaTi₀.₉₄Sn₀.₀₆O₃) ด้วยเทคนิควิธีการทำปฏิกิริยาในสถานะของแข็งร่วมกับกระบวนการเผา จากนั้นทำการศึกษาโครงสร้างผลึกที่ได้ ด้วยเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction) และเทคนิค Raman spectroscopy รวมทั้งทำการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี เทคนิค X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) จากนั้นทำการศึกษาการเปลี่ยนโครงสร้างผลึกระหว่างอุณหภูมิ 200-400 เคลวิน ด้วยเทคนิค in-situ Synchrotron X-ray Diffraction (XRD) และ in-situ X-ray absorption spectroscopy (XAS)
บทสรุป
จากผลที่ได้สามารถอธิบายลำดับการเปลี่ยนเฟสของวัสดุได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง: เริ่มจากโครงกสร้างแบบrhombohedral-orthorhombic ที่อุณหภูมิ 200 เคลวิน, orthorhombic ที่ 250–300 เคลวิน, tetragonal ที่ 325–359 เคลวิน และสุดท้ายเป็นการอยู่ร่วมกันของ tetragonal–cubic ที่ 373–400 เคลวิน ข้อค้นพบเหล่านี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจอย่างมีนัยสำคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและสมบัติในระบบ BaTiO₃ ที่แทนที่ด้วย Sn มีความสำคัญในการเพิ่มสมรรถนะของเซรามิก สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง เช่น ตัวเก็บประจุที่ใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ, ไดอิเล็กทริกที่มีค่าความจุสูง, และวัสดุเฟอโรอิเล็กทริกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ภาพแสดงผลการทดลอง in-situ Synchrotron X-ray Diffraction (XRD) ของวัสดุ BaTi₀.₉₄Sn₀.₀₆O₃ ที่อุณหภูมิต่างๆ
เอกสารอ้างอิง: Usa Sukkha,Narong Chanlek, Pinit Kidkhunthod, Taras Kolodiazhnyi, Wanwilai Vittayakorn, Naratip Vittayakorn, Radiation Physics and Chemistry 236 (2025) 112988