（材料物理与化学专业论文）bati09zr01o3基陶瓷介电性能研究.pdf

西华大学学位论文独创性声明 | f i i ii ii ii iii i i ii i i i iil 、t18 8 4 6 6 3 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：欢石 指导教师签名： 甚瓤：伽f f 6 f 口b 戴护f 1 6 f ； 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：孑欠名 b 瓿：钐f 1 s f 了 钛 良的铁 基弛豫 备多层 型b a t i 本 从离子价态和半径角度出发，研究了掺杂离子对b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 基陶瓷结构、介电性能 及铁电性能的影响。研究的主要内容如下： 1 研究t b i 2 0 3 掺杂对b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷结构和介电性能的影响，3 m o l l 拘b i 3 + 能 够完全溶入b a ( t t o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷晶格中。掺杂b i 2 0 3 的b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷从弥散型铁电 体过渡到弛豫型铁电体。随后以b a o 9 s b i o o “t i o 9 z r o 1 ) 0 3 基陶瓷为基体，选用半径与 ( t i 针，z r 4 + ) 相差不多的c u 2 + 、c o ”、s n ，、v 5 + 、m o “分别在b 位进行掺杂，结论如下：掺 杂后陶瓷晶粒均在一定程度得到细化，当掺杂离子的价态低于4 价时，当由价态差异和 缺陷引发的局域无规场相对强的时候，介电弛豫行为易被观察到，而在局域无规场很弱 的情况下，介电弛豫行为不易被观察到；当掺杂离子的价态等于4 价时，对介电性能影 响不大；当掺杂离子的价态高于4 价时，介电弛豫程度略有降低。 2 研究了m o - m n 、m o - c u 共掺对b a ( t i 0 9 z r 0 1 ) 0 3 陶瓷结构和介电性能的影响，结 论如下：掺杂后陶瓷晶粒均得到细化，所有陶瓷样品均表现出弥散相变铁电体的特征， 无明显弛豫现象。m 0 _ m n 共掺大幅降低了介电损耗，m m 和m o - c u 共掺都发现了 “束腰型电滞回线。 关键词：b a ( t i o 9 z r o 0 0 3 陶瓷；介电性能；无规场；缺陷 i b 盯h 9 z r o - 1 ) 0 3 基陶瓷介电性能研究 a b s t r a c t b a r i u mt i t a n a t e ( b a t i 0 3 ) c e r a m i c sa r et h em a i nr a wm a t e r i a l so f h i g hd i e l e c t r i cc e r a m i c c a p a c i t o r s ，w i t hat y p i c a lp e r o v s k i t e ( a b 0 3 ) s 觚c t u r e ，h i g hd i e l e c t r i cc o n s t a n t ，g o o d f e r r o e l e c t r i c ，p i e z o e l e c t r i c ，v o l t a g ea n di n s u l a t i o nr e s i s t a n c e b a t i 0 3 一b a s e dr e l a x o r f e r r o e l e c t r i cc e r a m i c sa r ep r o v i d e dw i m h i 曲d i e l e c t r i cc o n s t a n t ，t h ea p p r o p r i a t ep h a s e t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ea n de a s yr e l a x a t i o n ，e t c t h e ya r ea c c o m p l i s h e dw i t ht h em a i nm a t e r i a l s o fm u l t i l a y e rc e r a m i cc a p a c i t o r s ，b u ta l s ot h em a i nm a t e r i a l so ft h et h e o r yo fr e l a x o r f e r r o e l e c t r i c st h e r e f o r e ，t h es t u d yo fr e l a x o rp r o p e r t i e so nb a t i 0 3c e r a m i ch a sb e c o m eh o t s p o t sa n df o c u s i nt h i sp a p e r ，b a ( t i 0 9 z r 0 0 0 3c e r a m i c sh a sb e e ns e l e c t e da sb a s i sa n d p r e p a r e db yt h e c o n v e n t i o n a lc e r a m i c sp r e p a r a t i o nt e c h n i q u e f r o mt h ea n g l eo fi o nv a l e n c ea n dr a d i u s ，t h e e f f e c to ft h es 订u 眦e ，d i e l e c t r i c p r o p e r t i e sa n df e r r o e l e c t r i cp r o p e r t i e so fb a ( t i o 9 z r 0 0 0 3 c e r a m i c sd o p e dw i t ha d d i t i v eh a sb e e ni n v e s t i g a t e d 。乃em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w ： 1 t h ei n f l u e n c eo ft h es t r u c t u r ea n dd i e l e c t r i cp r o p e r t i e so fb a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3c e r a m i c s d o p e dw i 也b i 2 0 3h a sb e e ns t u d i e d x - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r n si n d i c a t et h a t3 ( i nm o l e ) o f b i d o p i n gc g mb ef u l l l yi n c o r p o r a t e di n t ot h ep e r o v s k i t el a t t i c eo f b a ( t i o 9 z r o 0 0 3 a n dt h e s e c e r a m i c sa r et r a n s i t i o nt or e l a x o rf e r r o e l e c t r i c sf r o md i f f u s ef e r r o e l e c t r i c s t h e n , b a o 9 8 b i o 0 2 ( t i o 9 z r 0 0 0 3c e r a m i c sa r es e l e c t e da sb a s i s ，a n dt h ed i f f e r e n tv a l e n c ei o n sa r e d o p e da tb s i t es u c ha sc u 2 + ，c 0 3 + ，s n 4 + ，v 5 + a n dm 0 6 + ，o fw h i c ht h er a d i u si ss i m i l a rw i t h 仃i 4 + ，z r 4 t ) t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w 也a t ，t oac e r t a i ne x t e n t ，t h ec r y s t a l l i t es i z eb e c o m e s s m a l l e r 晒e l lt h ev a l e n c eo fd o p e di o n si sl e s st h a nf o u r a n dt h el o c a lr a n d o mf i e l dw h i c h c a u s e db yt h ev a l e n c ed i f f e r e n c ea n dd e f e c ti sr e l a t i v e l ys t r o n g ，t h eb e h a v i o ro fd i e l e c t r i c r e l a x a t i o ni so b v i o u s ；w h i l et h el o c a lr a n d o mf i e l di sw e a k ，t h i sb e h a v i o rc a nn o te a s i l yb e o b s e r v e d v g v h e nt h ev a l e n c eo fd o p e di o n si se q u a lf o u r ，i th a sl i t t l ee f f e c to fd i e l e c t r i c p r o p e r t i e s 、h e ni sm o r et h a nf o u r ，t h ed e g r e eo f d i e l e c t r i cr e l a x a t i o ni ss l i g h t l yl o w e r 2 t h ei n f l u e n c eo ft h es t r u c t u r ea n dd i e l e c t r i cp r o p e r t i e so fb a ( t i 0 9 z r 0 0 0 3c e r a m i c s c o - d o p e dw i 也m o m na n dm o c uh a sb e e ns t u d i e d t h er e s e a r c h r e s u l t ss h o wt h a tt h e c e r a m i c sg r a i nr e f i n e m e n t 。a r ei m p r o v e d ，a n dt h ec h a r a c t e r s t i c so fd i f f u s ep h a s et r a n s i t i o n f e r r o e l e c t r i cb yt h ew h o l ec e r a m i c sa r ep e r f o r m a c e d m e a n w h i l e ，t h er e l a x a t i o np h e n o m e n o ni s n o to b v i o u s t h ed i e l e c t r i cl o s si ss u b s t a n t i a l l yl o w e rw h e nc o d o p e dw i t hm o m n b o t h c a ) 一d o p e d 丽mm o m na n dm o c u ，t h eh y s t e r e s i sl o o ps h o w s ag e n e r a l l ys h r i n k i n ge f f e c t k e yw o r d s ：b a ( t i 0 9 z r 0 0 0 3 戗嬲m i c s ；d i e l e c t r i cp r o p e r t i e s ；r a n d o mf i e l d ；d e f e c t s i i 西华大学硕士学位论 目录 摘! i 要i a b s t r a c t i i 】【j ； lj 言1 1 1b a t i 0 3 陶瓷材料概述l 1 1 1ba r i 0 3 陶瓷结构l 1 1 2b a t i 0 3 陶瓷的铁电、介电性能- 2 1 2 弛豫型铁电体：3 1 2 1 弛豫铁电体的模型和理论：3 1 3b a t i 0 3 基陶瓷研究现状4 1 3 1a 位掺杂4 1 3 2b 位掺杂5 1 3 3a 、b 位共掺7 1 3 4 稀土掺杂。8 1 4 选题思路及研究内容。9 1 4 - 1 研究背景9 1 4 2 课题研究内容9 1 4 3 研究的技术路线1 0 2 实验方案1 l 2 1 原料产地11 2 2 工艺流程1 1 2 3 性能测试1 2 2 3 1 相对密度测量1 2 2 3 2 介电性能测量1 3 2 3 3 铁电性能测量1 3 2 3 4x r d 分析1 3 2 3 5s e m 分析1 3 3 掺杂物掺杂对b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷介电性能的影响1 4 3 1b i 2 0 3 掺杂b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷1 4 3 1 1b b t z 陶瓷制备1 4 3 1 2b b t z 陶瓷相结构1 4 3 1 3b b t z 陶瓷表面形貌1 5 i i i b a g r i o g z r o 1 ) 0 3 基陶瓷介电性能研究 3 1 4b b t z 陶瓷介电性能1 5 3 1 5b b t z 陶瓷铁电性能2 0 3 2c u o 掺杂b a o 9 s b i o 0 2 ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷2 1 3 2 1b c t z 陶瓷制备2 l 3 2 2b c t z 陶瓷相结构2 1 3 2 3b c t z 陶瓷表面形貌2 l 3 2 4b c t z 陶瓷介电性能2 2 3 2 5b c t z 陶瓷铁电性能2 6 3 3c 0 2 0 3 掺杂b a o 9 8 b i o 0 2 ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷2 8 3 3 1c t z 陶瓷制备2 8 3 3 2c t z 陶瓷相结构一2 8 3 3 3c t z 陶瓷表面形貌2 8 3 3 4c t z 陶瓷介电性能2 9 3 3 5c t z 陶瓷铁电性能一3 3 3 4s n 0 2 掺杂b a o 9 s b i o 0 2 ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷3 4 3 4 1b s t z 陶瓷制备3 4 3 4 2b s t z 陶瓷相结构3 4 3 4 - 3b s t z 陶瓷表面形貌3 5 3 4 4b s t z 陶瓷介电性能3 5 3 - 4 5b s t z 陶瓷铁电性能3 8 3 5v 2 0 5 掺杂b a o 9 s b i o 0 2 ( w i o 9 z r o 0 0 3 陶瓷3 9 3 5 1b v t z 陶瓷制备3 9 3 5 2b v t z 陶瓷相结构4 0 3 5 3b z 陶瓷表面形貌4 0 3 5 4b v t z 陶瓷介电性能一4 0 3 5 5b v t z 陶瓷铁电性能4 4 3 6m 0 0 3 掺杂b a o 9 8 b i o 0 2 ( t i o 9 z r o 0 0 3 陶瓷7 4 5 3 6 1b m t z 陶瓷制备4 5 3 6 2b m t z 陶瓷相结构- 4 6 3 6 4b m 汀z 陶瓷介电性能4 7 3 6 5b m t z 陶瓷铁电性能5l 西华大学硕士学位论文 3 7 本章小结5 2 4 b 位共掺对b t i 0 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷介电性能的影响5 4 4 1m o m n 共掺b a ( t i o 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷：5 4 4 1 1b m m t z 陶瓷相结构5 4 4 1 2b m m t z 陶瓷表面形貌一5 5 4 1 3b m m t z 陶瓷介电性能5 6 4 1 4b m m t z 陶瓷铁电性能5 8 4 2m o - c u 共掺b a ( t i 0 9 z r o 1 ) 0 3 陶瓷5 9 4 2 1b m c t z 陶瓷相结构一5 9 4 2 2b m c t z 陶瓷表面形貌一5 9 4 2 3b m c t z 陶瓷介电性能6 0 4 2 4b m c t z 陶瓷铁电性能6 1 4 3 本章小结6 3 5 论文的主要成果6 4 参考文献6 5 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果7 0 致 射7 1 v 环保，因此对含铅材料大大限制，很多国家对电子陶瓷实施无铅化管理，因此，环境友 好型无铅b a t i 0 3 介电陶瓷成为研究热点与重点。 1 1 1b a t i 0 3 陶瓷结构 b a t i 0 3 是一种典型的铁电体，并具有两种基本结构，在1 4 6 0 。c 以上为六方晶系( 此 处不讨论) ，在1 4 6 0 。c 以下具有三方、斜方、四方和立方相等钙钛矿型晶体结构【3 巧】， 晶体结构如图1 1 立方的b a t i 0 3 晶体是理想钙钛矿型晶体结构，空间群为p m 3 m 。1 2 5 以上比较稳 定。立方b a t i 0 3 晶体在1 2 5 左右时发生铁电- j l 顷电相变，从立方晶型变为四方晶型。 在每个立方b a t i 0 3 晶胞中，b a 2 十离子处于立方体顶角，0 2 。离子位于立方体面心位置， 而t i 4 + 离子则位于6 个0 2 离子构成的八面体间隙中。b a 2 + 、t ，、0 2 的配位数分别是 1 2 、6 、6 ，晶格常数为0 4 0 0 9n l n 。 四方b a t i 0 3 基体也属于钙钛矿型型晶体结构，空间群是p 4 m m ，与立方相比，只 是c 轴变长，a 轴变短，在5 发生四方一斜方相变。在四方晶体结构中，2 0 时的晶 胞参数为a = b = 0 3 9 8 6 n m ，c = 0 4 0 2 6 n m ，c a = 1 01 。 9 0 _ 5 为斜方b a t i 0 3 晶体，低于9 0 变为三方相晶体结构。在1 0 时德空间群 是a m m 2 ，其晶胞参数：a = 0 5 6 8 2 n m ，b = 0 5 6 6 9 n m ，c = 0 3 9 9 0 n m 。 三方b a t i 0 3 晶体在1 0 0 时的晶格参数：a = 0 3 9 9 8 n m ，a = 8 9 0 5 2 5 ，空间群是r 3 m 。 在四方、斜方和三方三种b a t i 0 3 晶体中由于t i 4 + 离子偏离中心沿四重轴、二重轴 和三重轴的位移使之产生了自发极化【6 】，相比立方b a t i 0 3 晶体，t r 离子处于晶体中心， 无自发极化现象。 b a ( t i o g z r o 1 ) 0 3 基陶瓷介电性能研究 1 1 2b a t i 0 3 陶瓷的铁电、介电性能 宅k _ h 越静心赫墨k 舒 罗 龟， 醪 矿 孤 o 矗： * 矾 ， ， o ： 群甲粼翻彤券矽 畸够 i ，弧一 过7eo 国n 水 ， ， f f i g 1 1c r y s t a ls 缸u c 帆o f b a r i u mt i t a n a t ec e r a m i c s 图1 1b a t i 0 3 陶瓷晶体结构 铁电体的研究开始于1 9 2 0 年，法国人v a l a s e k 发现了罗息盐( 酒石酸甲钠， n a k c 4 h 4 0 6 4 h 2 0 ) 的特殊介电性能，由此出现了“铁电性，【7 1 。铁电体是指存在自发极 化，并且自发极化方向因外电场的改变为改变，其显著特征是极化强度p 和外电场e 能 形成电滞回线，如图1 2 所示。临界特性是铁电体的一个重要特性，即在居里点附近铁 由腩的公南桩晤非堂杜后氆牲性衙和执堂幛雨出珈后常珊象。并日。铁申体在 自发极化时，为了降低系统能量会形成电畴。 置 纩口 厂 i 一 p | 7 。d 夕 b l 图1 2 铁电体的电滞回线p - e f i g 1 2p - eh y s t e r e s i sl o o p so ff e r r o e l e c t r i c s 在c u r i e 温度处介电常数达到最大，c u r i e 温度以上，介电常数随温度的变化服从 c u r i e - - - w e i s s 定律【8 1 ，如下式： c q 2 i 瓦竹。 2 相变( d i f f u s ep h a s et r a n s i t i o n ，d p t ) ；二是在峰值温度以上仍然存在较大的自发极化强度； 三是在峰值温度以下，随着测试频率的增加，介电常数明显下降，损耗可能增加，与此 同时介电峰、损耗峰向高温方向移动，即通常所说的频率色散【9 , 1 0 】。目前，r f e s 主要分 三类，即复合钙钛矿型r f e s 、钨青铜型r f e s 、聚合物r f e s 9 小】，而复合钙钛矿型r f e s 是研究最多的一类。r y e s 的介电常数与温度的关系不再遵从c u r i e - - w e i s s 定律，而遵 从( 1 3 ) 式。 1 2 1 弛豫铁电体的模型和理论 为了解释弛豫铁电体的介电特征，典型的如p 心、p z t 、p z n 和p s t ( p b ( s c l r 2 t a l 忍) 0 3 等，曾提出了许多模型和理论，从s m o l e n s k y 的成分波动理论、姚熹的微畴一宏畴转变、 c r o s s 的超顺电理论，到无规场理论等，这些理论从材料内在本质上解释了相关现象，具 体如下： s m o l c n s k y 在上世纪七十年代提出【1 2 】：在复合钙钛矿晶体中，同一位置可能由不同 种b 位离子随机占位，b 位不同离子无序分布致使化学成分不均匀( c h e m i c a l i n h o m o g e n c i t y ) ，从而使其内部不同微观区域具有不同的化学成分，因而各个微区的 c u r i e 温度有一个分布，弥散相变( d p t ) 现象就是大量微区c u r i e 温度弥散的结果。虽说 组分波动理论可以定性解释d p t 、频率色散、峰值温度以上剩余极化等，但是没有指出 极性微区的结构特征，也不能解释准同型相界的存在。 姚熹等【1 3 】在1 9 8 2 年利用在偏置电场下测量锆钛酸镧铅( p b l x l a x ( z r l y t i y ) 0 3 ，p l z t ) 的介电温谱和极一去极化行为时，通过反复、大量、细致的实验，从司空见惯的介电频 谱的细微变化中发现了一种新的反常弥散，提出了在化学组成复杂的铁电体中存在着线 度为数十纳米的极性微畴，这种微畴在偏置电场作用下可以通过热激活转变为通常的铁 i 3 b a f f i o 函1 ) 0 3 基陶瓷介电性能研究 电畴，并将这种转变称之为“微畴一宏畴”转变( m i c r o m a c r od o m a m t r a n s i t i o n ) ，并提 出了铁电晶体中的“纳米非均匀性”这一重要概念。不久，中国科学院上海硅酸盐研究所 的殷之文等【1 4 】和美国里海大学( l e l l i 曲u n i v ) 材料研究中心分别用高分辨率透射电镜 直接在多种弛豫型铁电体中观察到了微畴，证实了有关微畴的设想。随后，c h e n 等【l5 】对 p s t 的极化与退极化性能的研究也表明“微畴一宏畴”转变的存在。1 9 8 9 年美国宾州州立 大学又用透射电镜直接观察到了“微畴一宏畴转变”，至此姚熹所提出的“微畴宏畴转 变”机制被世界铁电学界广泛认可和接受。美国工程院院士、世界著名铁电学家c r o s s 教 授称“微畴的发现是铁电体研究中的一个重大事件，在理论和应用方面均将产生重大影 响”。 c r o s s 等【1 6 】在1 9 8 5 年借鉴超顺磁理论，把极性温区和温度联系起来，提出了超顺电 理论，指出在弛豫铁电体中，电矩的方向不是随机生成的，而是按照一定的结晶学方向。 超顺电理论继承了成分波动理论的思想，但是没有考虑极性纳米微区之间的相互作用。 无规场理论认为弛豫铁电体内部存在的价态差异、缺陷、杂质等都会引起局域的无 规场，无规场导致无规取向的纳米畴或微畴的产生这种无规电场防碍铁电有序相的形 成，最终体系相变决定于铁电偶极子之间的相互作用与局域电场相互作用的比较【6 】。 k l e e m a n n 等 1 7 - 1 9 1 提出无规电场对微畴状态的稳定机理，认为p m n 中的弛豫铁电性可以归 根于带电纳米畴和成分起伏、化学织构等所引起的无规电场的贡献：无规电场是纳米铁 电畴冻结和居里温度以下极化的弛豫响应的来源：而畴态( d o m a ms t a t e ) 是由铁电相互作 用和无规电场共同造成的 2 0 1 。此后的唯象理论【2 1 】是q i a i l 和b u r s i l l 【2 2 1 通过无规电场相关理 论对p s t 和p m n 的晶体结构进行模拟得出的，指出无规电场在畴壁处有很强的关联后发 展起来的。此外，g l i n c h u k 等【2 3 1 对平均场的处理也给出了遵从v o g e l - - f u l c h e r 法则的介 电峰。 1 3b a t i 0 3 基陶瓷研究现状 自从1 9 4 5 年美、日、苏等开发出b a t i 0 3 系介质陶瓷以来，研究人员便在此基础上， 通过不同元素在a 位、b 位取代，开发出来了一系列b a t i 0 3 系介质陶瓷，从而对电容 器瓷料的发展起了积极的作用。 1 3 1a 位掺杂 a 位常用的掺杂离子有c a 2 + 【2 4 捌、s p 2 6 , 2 7 1 、z n 2 + 2 8 , 2 9 】、y 3 吖3 0 ，3 1 1 、b i 3 + 【3 2 】等。 c a 2 + 取代a 位的b a 2 + 有展宽居里峰并压低的作用，但是移峰效果不明显【2 4 2 5 1 。这有 利于改善b a t i 0 3 基陶瓷材料的温度稳定性。 4 s p 取代a 位的b a 2 十有显著降f 的s p ，可使c u r i e 温度降至室温附近，并且峰值介电常数达到1 2 5 0 0 t 2 6 , 2 7 】。 c a ，、s ，单一取代a 位的b a 2 + 并没有明显的弛豫现象，云斯宁等【3 3 】通过c a 2 + 、s p 共同取代a 位的b a 2 + 则观察到的显著的弛豫现象。基于极性纳米微区理论的观点，进 一步研究解释r f e s 和具有弥散相变铁电体( f e r r o e l e c t r i c sw i t hd i f f u s e dp h a s et r a n s i t i o n ， d p t s ) 两者之间的关系，结果表明：仅仅当实验频率和极性纳米微区( p o l a rn a n o r e g i o l l s ， p n r s ) 的弛豫频率相近时，在弥散相变温区内介电弛豫行为才能被观察到。 韩国khy o o n 等人在1 9 8 9 年通过研究s b 2 0 3 和z n o 2 8 】对b a t i 0 3 陶瓷介电性能 时得出如下结论：在控制晶粒尺寸方面，s b 2 0 3 加快晶粒生长；相反，z n o 抑制晶粒生 长。从而通过研究得出如下相反的结论：在掺杂浓度小于o 1 5a t 时，s b 2 0 3 掺杂可提 高b a t i 0 3 陶瓷的致密度，而z n o 的掺杂则降低b a t i 0 3 陶瓷的致密度。但是在掺杂浓 度大于0 1 5a t 时，致密度的大幅增加与有限的溶解度有关。 b a d a p a n d at 等【3 0 】在b a ( z r o 2 5 t i 0 7 5 ) 0 3 陶瓷中掺入适量的y 2 0 3 ，形成 b a l 幔y 划3 ( z r o 2 5 t i o 7 5 ) 0 3 ( x = o ，o 0 1 ，0 0 2 5 ，0 0 5 ) 固溶体，并研究其结构和介电弛豫性能。 x 射线表明所有样品具有钙钛矿型立方晶体结构，扫描电镜显示出y 2 0 3 的掺杂改变了 ， 陶瓷的微结构。通过分析介电温谱图，得知：所有样品均具有弥散现象，并且随着掺杂 量的增加，c u r i e 温度t c 向着低温方向移动。 2 0 0 9 年w u 等【3 2 1 将b i 2 0 3 掺a b a t i 0 3 基陶瓷中，研究了其结构和介电性能。结果表 明，b i 2 0 3 大幅降低了烧结温度，即从1 3 0 0 c 降低到了1 1 3 0 。c 。随着掺杂量的增加，介 电常数先增加后减小，相关性能达到了x 8 r 的要求。 云斯宁等【3 4 1 通过研究( b a l - x c a x ) 1 - 1 a i y b i y t i 0 3 ( x - 0 1 ，o 2 ，0 3 ，0 4 ，o 5 ；y - - 0 0 5 ) 陶瓷的介 电介电弛豫行为和线性介电响应，发现：摩尔分数为5 的b i 3 + 能够完全溶入( b a l c a x ) t i 0 3 固溶体的钙钛矿晶格。与0 3 a l 一。c 戤) t i 0 3 陶瓷相比，( b a l x c a x ) l - 1 15 y m y t i 0 3 陶瓷表现 出与铅基弛豫铁电体相似的介电弛豫行为。在( b a l - x c a x ) 1 - 1 5 v b i y t i 0 3 陶瓷样品中，发现了 罕有的不同于正常铁电体和弛豫体的线性介电响应：在电场强度回接近于零的地方，极 化强度( 竹e 回线近似于线性变化，电流密度一e 回线呈现明显的双峰，电滞回线总体呈 现“束腰”效应。 并把( b a l c a x ) 1 - 1 5 y b i y t i 0 3 陶瓷样品表现出的这种异常介电行为归因于缺陷偶极距 所产生电场的遏制作用。 1 3 2b 位掺杂 b 位常用的取代掺杂离子有z r 4 + 3 5 1 、c 矿- 【36 3 7 1 、s b 3 + t 3 引、c 0 3 h 3 9 1 、n i 3 + 4 0 1 、 s n 4 小1 4 2 】、n b 5 小o 】、v 5 郴3 1 、w 秆【4 3 】等离子。 5 为0 7 2 。1 0 4 e v 。高温下系统激活能的增加可能是由于氧空位的运动需要更过的能量。 最近，刘剑林掣3 8 】通过在b a ( t i 0 0 9 z r o 9 1 ) 0 3 基体中掺入一定含量的s b 2 0 3 ，所有样品 的主晶相均是四方晶体结构，且随着掺杂量的增加，晶粒逐渐减小且均匀，介电峰值温 度和介电常数逐渐减小，介电损耗逐渐下降，且掺杂后的陶瓷变为弥散相变铁电体。 陕西西北大学的b i nc u i 等【3 9 】通过s 0 1 g e l 法制备出纳米级的c o 掺杂的b a t i 0 3 陶 瓷，并进行了一系列测试。结果表明：样品呈现立方晶体结构，使用s o l g e l - 法制备出 的c o 掺杂的b a t i 0 3 陶瓷不仅降低了烧结温度( 对比固态工艺) ，而且使得晶粒生长的 非常好。此外，c o 的掺杂使得居里温度t c 从1 2 0 降低到了1 0 5 ，并且c o 的掺杂量 在3 m o l 的时候，介电常数达到了1 2 2 3 2 。 电子科技大学张树人课题组的王升等人m 】对三元系统b a t i 0 3 n b 2 0 5 - n i 2 0 3 的微结 构和介电性能进行了研究。x r d 分析表明n b 2 0 5 小i 2 0 3 协同掺杂的b a t i 0 3 陶瓷为赝立方 相结构；在掺杂1 0m o l n i 的b a t i 0 3 中，n b 的固溶度 4 0 m o l 。s e m 观察表明，随 n b 掺杂量的增加，b a t i 0 3 陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小。b a t i 0 3 陶瓷的室温介电常数、 介质损耗，以及在低温端和高温端的电容变化率都随n b 含量的增加而先增大后减小。 d s c 测量表明，n b 掺杂使b a t i 0 3 陶瓷的居里温度向高温方向移动该系统瓷料介电性质 西华大学硕士学位论文 的变化与材料的晶粒尺寸以及掺杂剂导致的相变温度的移动密切相关。最后他们指出， 开发出了新型的x 8 r 材料，这种材料很有希望用于制备大容量x 8 r 多层陶瓷电容器。 b