Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ gốm không chì Bife0,91[(mg0,5ti0,5)0,53mn0,47]0,09o3-Batio3

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học Huế Tập 3, Số 1 (2015) 17 CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HỆ GỐM KHÔNG CHÌ BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3-BaTiO3 Phan Thị Thanh Thảo1, Nguyễn Thị Nghi Nhạn2*, Nguyễn Thị Ngọc Huyền2, Nguyễn Thị Tuyết2, Nguyễn Trường Thọ3 1Trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật Quảng Nam 2 Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Huế 3 Phòng Khoa học Công nghệ - Hợp tác Quốc tế, Trường Đại học Khoa học Huế *Email: beti2410@gmail.com TÓM TẮT Hệ gốm không chì (1-x)BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3 - xBaTiO3 (BFMT-BT) được chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống. Cấu trúc pha của BFMT-BT được khảo sát bởi nhiễu xạ tia X cho cấu trúc đơn pha perovskite. Khi cho thêm vào vật liệu 20% mol Bi2O3, lượng bay hơi của ion Bi 3+trong quá trình nung sơ bộ và thiêu kết là từ 19,1- 28,2% mol so với các nguyên tố khác. Ảnh hưởng của BaTiO3 lên tính chất điện của gốm BFMT-BT cũng được khảo sát. Với nồng độ BaTiO3 tối ưu là 0,3 mol và nhiệt độ thiêu kết tại 9500C tính chất điện của hệ tốt nhất: mật độ gốm 7,2g/cm3, hệ số liên kết điện cơ kp=0,24; hằng số điện môi r = 1028 và phân cực dư Pr = 10,5 C/cm 2 . Từ khóa: Áp điện, điện môi, hệ gốm không chì, sắt điện, sự phân cực. 1. MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, hệ gốm Pb(Zr0,53Ti0,47)O3 (PZT) đã được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều thiết bị như đầu dò sensor, biến tử siêu âm v.v. do chúng có tính chất áp điện tốt [1]. Tuy nhiên, vì hệ vật liệu này có chì nên gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do PbO có độc tính cao. Do đó, việc phát triển hệ gốm không chì với các tính chất sắt điện, áp điện tốt có thể thay thế cho hệ gốm có chì là việc làm cần thiết hiện nay [2, 3]. Các nghiên cứu về màng mỏng BiFeO3 (BFO) cho thấy tính sắt điện của hệ rất tốt [3,6] nhưng lại phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực nghiệm và các tạp chất. Chủ yếu vì sự bay hơi của các chất phản ứng dẫn đến hình thành pha thứ hai và không cân bằng về hóa trị [7,8]. Mặt khác, dòng rò của BFO lớn nên khó đo chính xác tính áp điện để có thể ứng dụng vào các bộ nhớ sắt điện. Để giải quyết vấn đề trên, đã có nhiều giải pháp được đưa ra như thay Mn và Ti vào vị trí B. Trong trường hợp pha Mn vào BFO, chưa thu được đường trễ P-E do dòng rò lớn [9]. Nhưng khi pha Ti vào BFO, đường trễ sắt điện P-E không bão hòa đã được quan sát thấy ở nhiệt độ phòng [10]. Tuy nhiên, cả hai hệ gốm nói trên đều chưa thể hiện tính chất áp điện tốt. Như vậy, việc chế tạo vật liệu BFO đồng pha tạp Mn và Ti (BFMT) và thử nghiệm thêm Mg dự Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ gốm không chì 18 kiến sẽ cải thiện các tính chất điện môi, từ đó có thể cải thiện được tính chất sắt điện và áp điện của hệ nền BFO. Ngoài ra, các nghiên cứu đã cho thấy gốm sắt điện BaTiO3 (BT) có các tính chất điện môi và áp điện tốt [11]. Trên cơ sở đó, việc nghiên cứu chế tạo hệ gốm BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)Mn0,47]0,09O3-BaTiO3 (BFMT-BT) bằng phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống hứa hẹn sẽ cho kết quả khả quan. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu ban đầu để chế tạo hệ gốm (1-x)BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3 – xBaTiO3 (BFMT-BT) (x = 0; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35 và 0,4) là các oxit Bi2O3, Fe2O3, BaCO3, MnO2 và TiO2 (với độ tinh khiết ≥ 99%). Để chế tạo hệ gốm BFMT-BT, cần tổng hợp BFMT và BT. Để tổng hợp BT, ta nghiền hỗn hợp gồm BaCO3 và TiO2 trong 8h (máy nghiền PM 400/2) với ethanol làm chất trung gian. Hỗn hợp sau khi nghiền được nung ở nhiệt độ 12000C trong 2h. Tương tự, cân và nghiền hỗn hợp BFMT gồm Bi2O3, Fe2O3, MnO2 và TiO2 cũng trong 8h với ethanol. Để hạn chế quá trình bay hơi trong khi nung, cần thêm vào lượng bù là 20% mol Bi2O3. Sau khi nghiền cho nung sơ bộ BFMT ở 7500C trong 2h. Cuối cùng, trộn BT với BFMT theo tỉ lệ thích hợp (1-x): x mol. Như đã biết, Bi2O3 là chất dễ bay hơi ở nhiệt độ thấp, khoảng 600 0 C. Trong khi BFO lại cần nung sơ bộ ở một nhiệt độ thích hợp đủ lớn để có thể chuyển pha sắt điện. Vì vậy, cần phải tìm ra một nhiệt độ sơ bộ tối thiểu thích hợp cho sự chuyển pha đồng thời giảm tối đa lượng Bi 3+ bay hơi. Để xác định nhiệt độ nung sơ bộ cho BFMT-BT, chúng tôi nghiên cứu dữ liệu phân tích nhiệt (TG – DTA) của bột BFMT-BT trong hình 1. Đường cong TG cho thấy khối lượng của mẫu giảm tuyến tính; đường cong DTA cho thấy đỉnh cao thu nhiệt ở 824,950C, tương ứng với nhiệt độ bay hơi của mẫu. Như vậy, để đảm bảo việc chuyển pha của hệ gốm, sau khi đã nghiền trong 8h và ép thành dạng viên, hỗn hợp dạng bột được nung sơ bộ ở nhiệt độ 8500C. Hình 1. Đường cong TG và DTA của bột BFMT-BT với tốc độ gia nhiệt 100C/phút Bột BFMT-BT sau khi nung sơ bộ được nghiền trong 16 giờ trong môi trường ethanol. Sau đó hệ vật liệu được ép thành những viên tròn có đường kính 12 mm và độ dày 1,5 mm dưới TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học Huế Tập 3, Số 1 (2015) 19 ứng suất 100 Mpa. Hệ gốm BFMT - BT được nung thiêu kết lần lượt ở các nhiệt độ 9000C, 950 0 C, 1000 0 C và 1050 0 C trong 2 giờ. Mật độ của gốm được đo bằng phương pháp Archimedes. Mẫu được phân cực trong dầu silicon ở 1200C với điện trường áp đặt 30 kVcm-1 trong 20 phút, sau đó làm lạnh xuống nhiệt độ phòng. Các tính chất tinh thể được xác định bởi giản đồ nhiễu xạ tia X (D8 Advance Bruker) ở nhiệt độ phòng. Cấu trúc hình thái học cũng được kiểm tra bởi kính hiển vi điện tử quét (FESEM; JSM-6340F). Tỷ lệ tương đối của các nguyên tố hóa học trong BFMT-BT được xác định bởi phổ tán sắc năng lượng (EDS) (Hitachi S-3400N). Các tính chất áp điện được xác định bởi các tần số cộng hưởng và phản cộng hưởng sử dụng máy phân tích trở kháng (RLC Hioki 3532). Tính chất sắt điện được đo bằng phương pháp Sawyer-Tower. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X của gốm 0,7BFMT-0,3BT được thiêu kết ở nhiệt độ 950 0 C trong 2 h; ta thấy gốm 0,7BFMT-0,3BT có pha perovskite tinh khiết và không xuất hiện pha thứ hai với cấu trúc mặt thoi (rhombohedral) đặc trưng bởi đỉnh (200)R ở góc 2θ ≈ 44,5 0 (hình 2). Tỉ lệ tương đối giữa các nguyên tố Bi, Fe, Ti và Ba của gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết ở 9500C trong 2h được thể hiện trong phổ năng lượng EDS ở hình 3. Bằng cách tính toán các tỷ lệ mol giữa Bi với các nguyên tố hóa học khác từ các dữ liệu của phân tích phổ EDS và so sánh chúng tương ứng với tỷ lệ trong công thức hóa học của 0,7BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3 – 0,3BaTiO3, lượng Bi bay hơi so với các nguyên tố khác được xác định như trong bảng 1. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M2 01-074-1957 (D) - Barium Titanium Oxide - BaTiO3 - Y: 80.03 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.98300 - b 3.98300 - c 4.01800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P4mm (9 File: M2-June.raw - Type: Locked Coupled - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.5 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: Lin (C ps ) 0 100 200 300 400 2-Theta - Scale 10 20 30 40 50 60 70 d= 3.9 89 d= 2.8 23 d= 2.3 03 d= 1.9 98 d= 1.6 46 d= 1.6 29 d= 1.5 62d= 1.7 86 d= 1.4 15 Hình 2. Phổ nhiễu xạ của gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết tại nhiệt độ 9500C trong 2 h. Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ gốm không chì 20 Hình 3. Phổ EDS của gốm 0,7BFMT-0,3BT với nhiệt độ thiêu kết tại 9500C trong 2 h. Bảng 1. Tỉ lệ thành phần hóa học của Bi với các thành phần khác của gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết tại nhiệt độ 9500C trong 2 h. 0,7BFMT-0,3BT Mole ratios Bi/Ba Bi/Ti Bi/Fe Công thức hóa học 2,333 2,210 1,099 Thành phần thực tế 1,658 0,576 0,711 Lượng tổn hao 28,2% 19,1% 26,3% Từ hình 3 và bảng 1 cho thấy lượng tổn hao Bi so với các nguyên tố khác do bay hơi trong quá trình tổng hợp của gốm BFMT-BT là 19,1-28,2% mol. Sự tổn hao tăng theo thứ tự từ Ba, Fe, Ti và Bi. Nó cũng là nguyên nhân gây bất lợi cho sự tổng hợp của gốm sắt điện liên quan đến Bi ở nhiệt độ cao. 850 900 950 1000 1050 1100 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 0.65BFO-0.35BT 0.70BFO-0.30BT 0.75BFO-0.25BT M Ët ® é( g/ cm 3 ) NhiÖt ®é thiªu kÕt ( o C) Hình 4. Sự phụ thuộc mật độ gốm BFMT-BT vào nhiệt độ thiêu kết. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học Huế Tập 3, Số 1 (2015) 21 Hình 5. Ảnh SEM của hệ gốm BFMT-BT phụ thuộc vào nồng độ BaTiO3 và nhiệt độ nung thiêu kết khác nhau : (a) 0,7BFMT-0,3BT (900 0 C); (b) 0,7BFMT-0,3BT (950 0 C); (c) 0,7BFMT-0,3BT (1000 0 C); (d) 0,7BFMT-0,3BT (1050 0 C); (e) 0,65 BFMT-0,35BT (950 0 C); (f) 0,75 BFMT-0,25BT (950 0 C). Sự phụ thuộc của mật độ gốm BFMT-BT vào nhiệt độ thiêu kết được hiển thị trong hình 4. Có thể thấy rằng mật độ gốm BFMT-BT thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ thiêu kết và nồng độ của BaTiO3. Mật độ gốm tăng khi tăng lượng BaTiO3. Mật độ gốm đạt cực đại (ρ = 7.2 g/cm 3 ) ở nồng độ 0,3 mol BaTiO3 tại nhiệt độ thiêu kết ở 950 oC, và sau đó giảm dần. Mật độ gốm giảm dần khi nhiệt độ thiêu kết lớn hơn 950oC, nguyên nhân có thể là do sự bay hơi của Bi2O3 trong quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao hơn [ 3]. Theo kết quả trên, nhiệt độ thiêu kết tối ưu của (1-x) BFMT-xBT là 950oC. Kích thước hạt có tác động lớn đến tính chất điện môi, áp điện và sắt điện của gốm. Hình 5 cho thấy hình ảnh SEM của gốm BFMT-BT với các nồng độ BaTiO3 và nhiệt độ thiêu kết khác nhau. Kích thước hạt trung bình của các mẫu tăng lên khi nhiệt độ thiêu kết tăng, các hạt sắp xếp dày đặc hơn. Tuy nhiên, khi nhiệt độ thiêu kết tăng đến 1000oC, số lượng các lỗ hổng tăng lên một lượng lớn đồng thời mật độ của gốm giảm. Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ gốm không chì 22 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 850 900 950 1000 1050 1100 200 400 600 800 1000 1200 T æn h ao ® iÖ n m «i , t an  NhiÖt ®é thiªu kÕt ( o C) H »n g sè ® iÖ n m «i ,  0.65BFO-0.35BT 0.70BFO-0.30BT 0.75BFO-0.25BT Hình 6. Sự phụ thuộc hằng số điện môi và tổn hao điện môi vào nhiệt độ thiêu kết và nồng độ BaTiO3. Hình 6 hiển thị sự phụ thuộc của hằng số điện môi εr và tổn hao điện môi tanδ ở nhiệt độ phòng và tại tần số 1kHz của gốm BFMT-BT vào nhiệt độ thiêu kết và nồng độ BaTiO3. Hằng số điện môi εr tăng khi nhiệt độ thiêu kết tăng và đạt giá trị cực đại là 1028 tại 950 0 C với x= 0,3 và sau đó giảm dần. Kết quả cho thấy hệ gốm 0,7BFMT-0,3BT có kích thước hạt lớn, đồng nhất và mật độ gốm cao nhất. Với hạt có kích thước lớn, các vách đomen sẽ dễ dàng dịch chuyển dẫn đến hằng số điện môi lớn [1]. Trên hình 7(a) là các dạng đường trễ sắt điện của mẫu gốm 0,7BFMT-0,3BT được thiêu kết ở các nhiệt độ từ 900 đến 10500C. Từ các đường trễ, phân cực dư Pr và điện trường kháng Ec đã được xác định như trong hình 7 (b). Phân cực dư Pr tăng mạnh ở nhiệt độ thiêu kết 900 – 950 0 C. Mẫu gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết ở 9500C có phân cực dư là 10,5 μC/cm2 với điện trường kháng là 29,4 kV/cm. Kết quả này phù hợp với các tính chất điện môi và áp điện của các mẫu. 900 950 1000 1050 2 4 6 8 10 12 P r E c NhiÖt ®é thiªu kªt kÕt (oC) P h © n c ù c d - , P r (m C /c m 2 ) § iÖ n t r- ê n g k h ¸ n g , E c (k V /c m ) 25 30 35 40 (b) -60 -40 -20 0 20 40 60 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 900 950 1000 1050 P( C /c m 2 ) E c (kV/cm) (a) Hình 7. Đường trễ P-E của gốm BFMT-BT vào nhiệt độ thiêu kết khác nhau Trên hình 8 (a) là phổ dao động cộng hưởng của mẫu BFMT- BT tại nhiệt độ phòng. . Từ phổ dao động cộng hưởng, các thông số áp điện của mẫu đã được xác định như trên hình 8 (b). Hệ số liên kết điện cơ (kp), hệ số phẩm chất (Qm) thay đổi phụ thuộc vào nồng độ BaTiO3 và nhiệt độ thiêu kết. Hệ số liên kết điện cơ và hệ số phẩm chất của gốm BFMT-BT được cải tiến rõ rệt như trong hình 8 (b). Giá trị cực đại của kp = 0,24, Qm = 115 với x = 0,3 và nhiệt độ thiêu kết 9500C. Điều này có thể liên quan đến mật độ gốm và kích thước hạt tăng [1]. Trong suốt quá trình thiêu kết, sự hình thành pha lỏng làm tăng cường mật độ và kích thước hạt, dẫn đến làm giảm năng lượng và cải thiện các tính chất điện . TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học Huế Tập 3, Số 1 (2015) 23 270 275 280 285 290 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 Z (   TÇn sè, f (kHz) Ph a,  (® é) 0.0 0.1 0.2 0.3 900 950 1000 1050 50 100 150 200 H » n g s è l iª n k Õ t ® iÖ n c ¬ , k p § é p h È m c h Ê t, Q m NhiÖt ®é thiªu kÕt ( o C) 0.65BFO-0.35BT 0.70BFO-0.30BT 0.75BFO-0.25BT Hình 8. Phổ cộng hưởng tần số (a), hệ số liên kết điện cơ kp và hệ số phẩm chất Qm (b) của gốm BFMT-BT 4. KẾT LUẬN Chúng tôi đã chế tạo hệ gốm (1-x)BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3 - xBaTiO3 với x = 0 - 0,4 ở các nhiệt độ thiêu kết khác nhau. Gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết ở 9500C trong 2 h có pha perovskite với cấu trúc mặt thoi đặc trưng bởi đỉnh (200)R ở góc 2θ ≈ 44,5 o . Cấu trúc hình thái học bề mặt cho thấy gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết ở 10000C trong 2 giờ có kích thước hạt lớn nhất. Nói chung, hệ gốm có kích thước hạt lớn sẽ cho tính chất điện môi, áp điện và tính chất sắt điện tốt. Trong nghiên cứu này, hệ gốm được nung thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn tại 950 0 C lại thể hiện tính chất điện tốt nhất, nguyên nhân là do sự bay hơi của một lượng lớn Bi3+ khi nhiệt độ thiêu kết gia tăng. Do đó, đường trễ của gốm 0,7BFMT-0,3BT thiêu kết ở 9500C trong 2 giờ có tính sắt điện tốt: phân cực dư Pr = 10,5 μC/cm 2 . Tính chất áp điện của gốm cũng tốt tại nhiệt độ thiêu kết này: hệ số liên kết điện cơ kp = 0,24 và hệ số phẩm chất cơ Qm = 115. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Xu, Y. (1991) Ferroelectric Materials and Their Applications (North-Holland, Amsterdam-London- NewYork-Tokyo). [2]. Zhang, Z., Wu, P., Chen, L., & Wang, J. (2010), “Systematic Variations in Structural and Electronic Properties of BiFeO3 by A-site Substitution”, Applied Physics Letters, 96, 012905-3. [3]. Tabuchi, K., Nagata, H., & Takenaka, T. (2013), “Fabrication and Electrical Properties of Potassium Excess and Poor (Bi1/2K1/2)TiO3 Ceramics”, Journal of The Ceramic Society of Japan, 121, 623-626. [4]. Yao, S., Zhou, A., Streit, S., Reuther, H., Burger, D., Slesazeck, S., Mikolajick, T., Helm, M., & Schmidt, H. (2011), “Reduced Leakage Current in BiFeO3 Thin Films with Rectifying Contacts”, Applied Physics Letters, 98, 232901-3. [5]. Truong Tho, N., Kanashima, T., Sohgawa, M., Ricinschi, D., Noda, M., & Okuyama, M. (2010), “Ferroelectric Properties of Bi1.1Fe1-xCoxO3 Thin Films Prepared by Chemical Solution Deposition Using Iterative Rapid Thermal Annealing in N2 and O2”, Japanese Journal of Applied Physics, 49, 09MB05-7. Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ gốm không chì 24 [6]. Truong Tho, N., Kanashima, T., & Okuyama, M. (2010), “Leakage Current Reduction and Ferroelectric Property of BiFe1-xCoxO3 Thin Films Prepared by Chemical Solution Deposition Using Iterative Rapid Thermal Annealing at Approximately 520 oC”, Japanese Journal of Applied Physics, 49, 095803-6. [7]. Kumar, M., & Yadav, K. L. (2007), “ Rapid Liquid Phase Sintered Mn Doped BiFeO3 Ceramics with Enhanced Polarization and Weak Magnetization”, Applied Physics Letters, 91, 242901-3. [8]. Luo, W., Wang, D., Wang, F., Liu, T., Cai, J., Zhang, L., & Liu, Y. (2009), “Room Temperature Simutaneously Enhanced Magnetization and Electric Polarization in BiFeO3 Ceramics Synthesized by Magnetic Annealing”, Applied Physics Letters, 94, 202507-3. [9]. Smolenskii, G., Yudin, V., Sher, E., & Stolypin, Y. E. (1963), “Valence State of Mn-Doped BiFeO3–BaTiO3 Ceramics Probed by Soft X-ray Absorption Spectroscopy”, Soviet Physics-JETP, 16, 622-624. [10]. Kim, S. J., Han, S. H., Kim, H. G., Kim, A. Y., Kim, J. S., & Cheon, C. I. (2010), “Multiferroic Properties of Ti-Doped BiFeO3 Ceramics”, Journal of Korean Physical Society, 56, 439-442. [11]. Takahashi, H., Numamoto, Y., Tani, J., Matsuta, K., Qiu, J., & Tsurekawa, S. (2006), “Lead-Free Barium Titanate Ceramics with Large Piezoelectric Constant Fabricated by Microwave Sintering”, Japanese Journal of Applied Physics, 45, L30-L32. FABRICATION AND ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF LEAD-FREE BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3-BaTiO3 CERAMICS Phan Thi Thanh Thao 1 , Nguyen Thi Nghi Nhan 2* , Nguyen Thi Ngoc Huyen 2 , Nguyen Thi Tuyet 2 , Nguyen Truong Tho 3 1 Quang Nam College of Economics and Technology 2 Department of Physics, Hue University of Sciences 3 Office for Science Technology and International Relations, Hue University of Sciences *Email: beti2410@gmail.com ABSTRACT The (1-x)BiFe0,91[(Mg0,5Ti0,5)0,53Mn0,47]0,09O3 – xBaTiO3 (BFMT-BT) lead-free ceramics have been fabricated by the conventional solid-state reaction method. The phase structure of BFMT-BT investigated by X-ray diffraction shows a single perovskite phase. Although 20 % mol of Bi2O3 was added to the raw materials, the evaporation of Bi 3+ ions during calcining and sintering processes is from 19.1-28.2% mol relative to other elements. The effect of BaTiO3 content on electrical properties of BFMT-BT ceramic has been investigated. At BaTiO3 concentration of 0.3 mol and the sintering temperature of 950 o C, electrical properties of ceramics are best with the density () of 7.2 g/cm3, the electromechanical coupling factor (kp) of 0.24, the dielectric constant (εr) of 1028, and the difference in polarizations at zero field is about 10.5 C/cm2. Keywords: Dielectric, ferroelectric, Lead-free ceramics, piezoelectric, polarization.