高介电Y23Cu3Ti4O12基陶瓷的制备与性能调控

1、题 目高介电Y2/3Cu3Ti4O12基陶瓷的制备与性能调控目录摘要Abstract第一章绪论11.1引言11.2 CaCu3Ti4O12陶瓷材料及其性能优化11.2.1 CCTO概述11.2.2材料性能优化21.3 ACu3Ti4O12陶瓷材料的获得与发展31.4本文目标及主要内容4第二章 实验方法52.1 实验用化学原料52.2陶瓷粉体的制备52.3陶瓷样品的制备52.4测试分析及表征72.4.1 X射线衍射技术分析（XRD）72.4.2扫描电子显微镜分析（SEM）72.4.3介电性能测试7第三章 Y2/3Cu3Ti4O12陶瓷的制备及性能研究83.1Y2/3Cu3Ti4O12陶瓷物相结构

2、分析83.2烧结温度与保温时间对YCTO陶瓷微观结构的影响83.3烧结温度与保温时间对材料介电性能的影响10第四章 Na+、Bi3+掺杂对Y2/3Cu3Ti4O12材料性能的影响124.1 Na+、Bi3+掺杂对YCTO相结构及微观结构的影响124.2 Na+、Bi3+掺杂对材料介电性能的影响14第五章 结论17致谢21摘要采用固相反应法分别制备了Y2/3Cu3Ti4O12（YCTO）及Na+和Bi3+离子掺杂的NaxY(2-x)/3Cu3Ti4O12（NYCTO）与(BixYx)2/3Cu3Ti4O12（BYCTO）陶瓷（x=0.05、0.1、0.2、0.5）。通过X射线衍射技术分析、扫描电

3、子显微镜分析、介电频谱和阻抗谱等测试手段分别研究了YCTO陶瓷及不同离子掺杂对YCTO陶瓷结构及性能的影响。实验结果表明，在950明下保温12h可以合成出物相较纯的YCTO陶瓷粉末，粉末经雅痞成型后，在1000下烧结10h可以获得性能较好的YCTO陶瓷，1 kHz下，其介电常数值为18320，介电损耗0.37。Na离子掺杂对YCTO陶瓷介电性能的提高并没有起到促进作用，而Bi离子掺杂有助于YCTO陶瓷介电性能的提高。当Bi掺杂浓度x=0.2时，BYCTO陶瓷的介电性能较好，1 kHz下，其介电常数为25219，介电损耗仅为0.14。关键词：Y2/3Cu3Ti4O12；掺杂；固相反应；介电常数；

4、介电损耗AbstractY2/3Cu3Ti4O12 (YCTO) and Na+ and Bi3+ ion-doped NaxY(2-x)/3Cu3Ti4O12(NYCTO) and (BixYx)2/3Cu3Ti4O12(BYCTO) ceramics (x=0.05, 0.1) were prepared by the solid-state reaction method, respectively. , 0.2, 0.5). The effects of YCTO ceramics and different ion doping on the structure and proper

5、ties of YCTO ceramics were investigated by X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, dielectric spectroscopy, and impedance spectroscopy.The experimental results show that the YCTO ceramic powder with relatively pure phase can be synthesized by incubating at 950°C for 12h. After

6、 the powder is compacted, the YCTO ceramics with better performance can be obtained after sintering at 1000°C for 10h. The YCTO ceramics are obtained at 1 kHz. The electrical constant value is 18320 and the dielectric loss is 0.37. The Na ion doping does not promote the dielectric properties of

7、 YCTO ceramics, but Bi ion doping contributes to the improvement of dielectric properties of YCTO ceramics. When Bi doping concentration x = 0.2, the dielectric properties of BYCTO ceramics are better. At 1 kHz, the dielectric constant is 25219, and the dielectric loss is only 0.14.Key words: Y2/3Cu

8、3Ti4O12; doping; solid-state reaction; dielectric constant; dielectric lossIII第一章绪论1.1引言介电材料是当下在国际范围内竞争异常激烈的一种高技术功能陶瓷，被广泛的运用于电容器、储存器、大规模集成电路等高科技领域。随着电子信息领域产业的高速发展，电子元器件的集成化、小型化、高速化己成为现代信息领域一个重要的研究课题，随着市场需求的提升，高性能的电介质材料的发展也成为了一种必然的需求。所以，高介电常数材料的开发可以简单有效的促进电子器件的进一步发展。目前常用的高介电常数介质材料以钙钛矿结构的铁电陶瓷材料为主，其介电常

9、数基本处于1000以上最高者可以达到30000。而这种材料的介电常数大多受温度影响很大，从而导致器件的温度稳定性变差并限制其应用。而铁电陶瓷材料中又以铅基（PZN，PLZT）、钡基（钛酸钡系BaxSr1-xTiO3）材料为主，其中，对于铅基材料，由于其含有铅元素，而铅元素是一种巨毒的重金属元素。因此，在铅基材料的制备和实用过程重，无法避免给人身健康和环境带来损害。因此，开发出一种新型的非铅基，且拥有高介电性能的，低损耗和良好热稳定性的新型高介电陶瓷材料是目前具有发展前景与较高实用价值的一个重要课题。1.2 CaCu3Ti4O12陶瓷材料及其性能优化1.2.1 CCTO概述CaCu3Ti4O12

10、(CCTO)介电陶瓷材料是近年来备受关注的类钙钛矿结构材料之一，2000年Subramania以及他的工作小组发现了具有巨介电常数的CaCu3Ti4O12铁电陶瓷材料，于2000年发表报道了这种材料具有非常高的介电常数(在常温、1kHz频率下达104)，CaCu3Ti4O12的单晶和陶瓷样品都具有非常巨大的介电常数，比现有的多元氧化物的介电常数都要高许多1,2,3。而且值得注意的是，该材料在很宽的温度范围内，都没有发生结构相变和铁电相变，固CCTO陶瓷具有较高的热稳定性。除此之外，CCTO材料还具有一定的压敏特性4,5,6，使其在微电子技术领域有着更好的发展趋势。CCTO为体心立方类钙钛矿型晶

11、体结构，属于Im 3空间群，在常温下晶格常数为0.7391nm。单胞中各个原子的坐标为：Ca(0,0,0)，Cu(0,1/2,1/2)，Ti(1/4,1/4,1/4)，O(0.3038,0.1797,0)。晶胞中Ti原子位于氧八面体中心位置，Ca2+和Cu2+分别以31的比例占据八个顶角，而Cu2+与近邻的4个O2-形成CuO4的正方形平面配位，Ti-O-Ti键角为141°，Ca与O没有形成化学键。具有该结构的物质都是很好的高介电材料。然而该材料因其巨大的介电常数而伴有较大的介电损耗，因此，如今CCTO材料的研究重点也侧重于借助掺杂来提升性能，获得更高的介电常数及良好的热稳定性的同时

12、降低其介电损耗。1.2.2材料性能优化虽然CCTO陶瓷拥有很高的介电常数和良好的介电常数温度稳定性，但同时CCTO也表现很高的介电损耗，因为介电常数的增加也往往意味着高损耗，这很大程度限制了CCTO在各个方面的应用。经过大量的理论研究与实践，人们尝试对CCTO的性能进行改善，希望能够在保持其高介电常数的基础上，降低其介电损耗，使其能够达到实际应用的要求。主要通过两种方法来进行改善：（1）离子掺杂取代；（2）采用新型制备方法。在材料中掺入适当的物质加以改善材料的性能是材料研究最常用的手段之一。对钙钛矿体系CCTO陶瓷材料进行系统的掺杂改性研究，从取代对材料晶体结构、显微结构、介电性能的角度出发,

13、分析对体系介电常数、介电损耗的影响是十分必要的。Du7以Sr、Mg取代CCTO中的Ca,测试结果表明，当Sr=20%、Mg=5%时CCTO的介电性能得到较大程度的改善，其介电损耗也有较大程度的降低。研究人员将Al3+,Y3+La3+,Mo6+离子引入Ti位，所得的材料显示出在介电常数能够保持的同时，其介电损耗也有所降低，其中La离子的所带来的提升更为明显，能够使材料的介电损耗显著降低到0.03左右（1kHz）8,9,10。P.Thongbai11,12等人将Mg2+,Zn2+离子引入Cu位，使得介电损耗降低至更低的水平，表相处的损耗约为0.015（1kHz），并且使得材料保持了相对较高的介电常

14、数，介电常数约为6000。可以看出，通过合适的离子取代掺杂能够达到改善CCTO陶瓷材料介电性能的目的。材料的制备技术也能够从一定程度上改善材料的介电性能，因此，合理的改善制备工艺也将有助于获得性能更加优良的材料。目前，国内外主要采用传统固相法制备CCTO基陶瓷。Wang13等人采用传统固相法制备CCTO陶瓷，介电损耗最小为0.076。可以看出，固相法制得的CCTO陶瓷在能够获得较高的介电常数的同时，其损耗过大，无法满足实际需要。继而，研究者们开始寻找一些新型制备方法来制备CCTO陶瓷。其中，溶胶-凝胶法是制备陶瓷粉体最为常见的方法，此方法制备的粉体粒度分布窄、粒径小，化学活性好，但成本较高。同

15、时，应用此方法获得的材料成分均一，能够有效避免成分偏析。用溶胶凝胶法制备的超细粉体制备陶瓷，不仅能够很大程度上的地降低陶瓷的烧结温度，而且能提升陶瓷的介电性能。杨昌辉14等人采用溶胶凝胶法制备CCTO凝胶，在800下预烧，烧结温度为1100时获得CCTO陶瓷，其介电常数高达200000，介电损耗却低于0.1；Somsack15等利用溶胶凝胶法制备CCTO陶瓷材料，介电常数为9516（1kHz）介电损耗最小为0.02；Sun16等采用了溶胶凝胶法制备了CCTO陶瓷，在烧结温度为1050时获得较高的介电常数：在1kHz下的介电常数为24×104，介电损耗为0.04。从以上结果可以看出，通

16、过合适的掺杂手段和新型制备技术可以良好的改善CCTO陶瓷的性能。1.3 ACu3Ti4O12陶瓷材料的获得与发展2002年，M.A.Subramanian1等人不仅首次报道了CCTO材料的巨介电性，还合成出了一系列有着不同A位离子的ACu3Ti4O12（ACTO）陶瓷材料。然而这类材料的介电性能并不高，没有表现出同CCTO材料相近的介电性能。随后几年中，研究者们同过不断地实验，采用先进的制备方法制备了一些具有巨介电性能的ACTO陶瓷材料。 G.H.Cao17等采用传统固相法制备出了CdCu3Ti4O12材料，在950下预烧12h，1010下烧结24h后，在室温100kHz得到材料的介电常数为9

17、000，介电损耗为0.17；2009年，张家良18,19等采用传统固相法在9601040烧结10h制备出了Bi2/3Cu3Ti4O12材料，在室温1000Hz下，其介电常数为150000，介电损耗大于0.1；李俊伟20等采用溶胶凝胶法制备出了Y2/3Cu3Yi4O12材料，室温1kHz时，介电常数为52400。2012年，梁鹏飞21等采用传统固相法在930传预烧10h，1060统烧结25h制备出Na0.5Y0.5Cu3Ti4O12材料，在室温下其介电常数大于10000；P.Lunkenheimer22等人采用传统固相法制备出了一系列的A位掺杂为稀土元素的ACTO材料，均表现出了较高的介电常数。

18、其中Pr2/3Cu3Ti4O12的性能最为优越，在1000为预烧48h，1025为下再预烧48h，最后在1050为下烧结3h，得出的材料介电常数为5000，介电损耗大于0.1（室温1kHz）。可以看出，类似于CCTO材料，大部分ACTO材料在有着巨介电性能的同时，也表现出较大的介电损耗，无法进行商业应用。1.4本文目标及主要内容本论文以获得高介电常数低介电损耗的YCTO基陶瓷材料为研究目标，通过改变烧结工艺寻找出适应的制备工艺，在获得巨介电性YCTO材料的基础上，通过Na元素和Bi元素不同浓度的掺杂改性，以期望优化YCTO基陶瓷的介电性能。第二章 实验方法2.1 实验用化学原料本论文多用原料均

19、为分析纯及其以上纯度，下表给出了本论文所用的所有化学原料、纯度及厂家。表2-1 实验用化学原料原料纯度生产厂家Y2O399.0%Aladdin Industrial CorporationNa2CO399.8%国药集团化学试剂有限公司Bi2O399.0%国药集团化学试剂有限公司CuO99.0%Aladdin Industrial CorporationTiO299.0%Aladdin Industrial Corporation2.2陶瓷粉体的制备本实验采用传统的固相法来制备陶瓷粉体。按照化学计量比配方Y2/3Cu3Ti4O12，NaxY（2-x）/3Cu3Ti4O12与（BixYx）2/3C

20、u3Ti4O12（x=0.05、0.1、0.2、0.5）。首先按照化学计量比称取各种反应物原料，将其混合然后以无水乙醇为球磨介质在行星球磨机上以120r/min的转速运行4h，球料质量比为3：1。将所得湿料在烘箱中于80烘干24h最终获得混合均匀的粉料。随后将原料置于Al2O3坩埚中，在马弗炉进行合成反应制备所需粉体，粉体预烧条件为950保温12h。最后将烧成的陶瓷粉体二次球磨（干磨，140r/min，5h），最终得到陶瓷粉体，备用。2.3陶瓷样品的制备首先配置5.0 wt.%的PVA溶液，加入到准备好的陶瓷粉体中进行造粒，于1314MPa下干压成型陶瓷坯体（直径20mm），将陶瓷坯体放置于A

21、l2O3坩埚中于马弗炉中在9501050下烧结220h。为防止烧结样品变形，实验时将生坯样品买入Al2O3粉中进行烧结。烧结后的样品经过打磨抛光、超声清洗、烘干，于两面涂覆免烧银浆，于40下烘干至完全干燥。实验主要步骤如下：陶瓷材料成分设计称取Y2O3、Na2CO3、TiO2等原料粉末球磨（无水乙醇，120r/min，4h）烘干（60）预烧（950，12h）二次球磨（干磨），研磨造粒（5.0wt.%PVA）压片（1314MPa，10min）烧结（9751050，220h）抛光，清洗涂覆银浆，烘干电性能测试实验中制样所需的设备及型号如下表2-2所示。表2-2 实验所需设备设备名称型号厂家 电子天

22、平BSA124S赛多利斯科学仪器（北京有限公司） 行星式球磨机ND7-0.4L南京南大天尊电子有限公司 真空干燥机DZF-6020上海精宏实验设备有限公司 高温箱式电阻炉SX2-6-13宜兴市前锦炉业设备有限公司 手动台式压片机FY-30天津思创精实科技有限公司 超声波清洗器KQ-50B昆山市超声仪器有限公司2.4测试分析及表征2.4.1 X射线衍射技术分析（XRD）物质的相结构可以利用粉末X射线衍射仪（XRD）获得。测试前，需要将陶瓷粉体样品研细。本文所采用的仪器为荷兰帕纳科公司X'Pert-proMPD型X射线衍射仪，扫描角度为585°。2.4.2扫描电子显微镜分析（SE

23、M）本实验中采用日本日立公司的S-570型扫描电子显微镜（SEM）对陶瓷样品的断面形貌进行观察。2.4.3介电性能测试采用了德国NOVOCONTROL公司的Novocontrol Concpet 80型宽频介电与阻抗谱仪测试样品在不同频率下的介电常数、介电损耗tan、电导率等值。第三章 Y2/3Cu3Ti4O12陶瓷的制备及性能研究3.1Y2/3Cu3Ti4O12陶瓷物相结构分析 图1为950下预烧12小时所得到的YCTO陶瓷粉体的XRD图谱，如图3.1所示。从图中可以看出，所合成粉体物相较纯，没有可检测到的杂质相。陶瓷材料表现出了与CCTO类似的钙钛矿矿结构。图3.1 Y2/3Cu3Ti4O

24、12陶瓷粉体的XRD图谱3.2烧结温度与保温时间对YCTO陶瓷微观结构的影响图3.2给出了在不同烧结温度下的YCTO陶瓷材料的断口SEM图片。由图3.2可以看出，在较低温度时，在陶瓷晶界出可以观察到晶粒较小，随着温度增加，小型晶粒逐渐变大，材料晶粒尺寸变得相对均匀。同时，随着烧结温度的进一步升高，有部分熔融相出现在晶粒表面。初步断定，陶瓷材料的最佳烧结温度为1000，。图3.3分别给出了在1000，下不同保温时间下的YCTO陶瓷材料的断口SEM照片。从图3.3可以看出，保温时间过短，晶粒发育不完全，随着保温时间的延长，材料的晶粒尺寸逐渐均一。而保温时间为20h的材料的晶粒分布变得模糊。可以得出

25、，陶瓷烧结时间10h为宜。图3-2不同烧结温度下的材料断面SEM图片：（a）975（，（b）1000温，（c）1025温和（d）1050温图3-3不同保温时长下的材料断面SEM图片（a）2h，（b）10h和（c）20h3.3烧结温度与保温时间对材料介电性能的影响图3.4给出了YCTO陶瓷在不同烧结温度下（a）介电常数、（b）介电损耗、（c）电导率分别随不同频率变化的趋势图，样品烧结时间为10 h。从图3.4（a）可以看出，对于所有的样品来说，随着频率的增大，样品的介电常数整体表现出下降的趋势，而对于不同烧结温度下的YCTO陶瓷样品来说，陶瓷介电常数大小大致为1000大小大致为范围内，材料的介电

26、常数逐。通过图3-4（b）对比发现，在1kHz下，烧结975结的YCTO材料虽然介电常数较大，但在1kHz下的介电损耗突然上升，而烧结1000时的介电常数与975电的介电常数相差无几，但介电损耗却小得多。可以初步得出结论，在相同保温时长的情况下，YCTO在1000数下烧结所得产品性能较好。从图3.4（c）看到，1050得烧结的样品具有最低的电导率，10 Hz时，其电导率大概在10-8 s.cm-1,而其余三个温度下烧结的样品在10 Hz时电导率大概在10-6数量级，表明1050烧结的样品具有最低的介电损耗，而其余三个温度下烧结的样品介电损耗值差别不大。同样，从复阻抗谱图上可以看到，1050烧结

27、的样品其复阻抗曲线几乎为倾斜角度为45角的一条直线，直线与Z'轴的交点远大于107Ohms，而其他三个烧结温度的样品的复阻抗谱呈半圆形，与Z'轴的交点小于107Ohms，表明1050烧结的样品具有最低的介电损耗，这与前面的分析结果是一致的。图3.4（a）介电常数随频率变化关系；（b）介电损耗随频率变化关系；（c）电导率随频率变化关系；（d）复阻抗谱曲线图图3.5给出了YCTO陶瓷在1000；烧结不同时间下（a）介电常数、（b）介电损耗、（c）电导率随频率的变化情况。从图3.5（a）中得知，频率为1 kHz时，保温20h时的介电常数较大，但与其他变量材料相差无几，而在图3.5（b

28、）中保温2h、5h和20h的材料介电损耗在频率为1kHz时突然上升，只有保温10h的YCTO材料介电损耗很低，且差距非常明显。从图3.5（c）看到，1000烧结5h得到烧结的样品具有最低的电导率，10 Hz时，其电导率大概在8×10-6 s.cm-1,但与其余三个温度下烧结的样品在10 Hz时电导率差别不大。同样，从复阻抗谱图上可以看到，1000烧结5h的样品其复阻抗曲线的半圆形与Z'轴交点最远，比其他三个烧结温度的样品与Z'轴的交点要大得多，表明1000烧结10h得到的样品具有最低的介电损耗，这与前面的分析结果是一致的。通过以上分析表明，YCTO陶瓷材料在烧结100

29、0结，保温10h时的介电性能相对较好，1 kHz时，介电常数约为18320，介电损耗约为0.37，而在频率为10 kHz时，YCTO陶瓷的介电常数仍为104以上，而介电损耗只有0.2左右。图3-5（a）不同保温时间下材料介电常数与频率的关系；（b）不同保温时长下材料介电损耗与频率的变化关系；（c）不同保温时长下材料电导率与频率的变化关系；（d）阻抗谱第四章 Na+、Bi3+掺杂对Y2/3Cu3Ti4O12材料性能的影响4.1 Na+、Bi3+掺杂对YCTO相结构及微观结构的影响图4.1给出了不同Na+含量的NaxY（2-x）/3Cu3Ti4O12（NYCTO）陶瓷粉体及陶瓷烧结体的XRD图谱，

30、粉体合成条件仍为950件预烧12h，陶瓷烧结条件为1000下保温10h。从图4.1可以看出，在不同量的掺杂取代下，NYCTO均表现出了较纯的类钙钛矿结构。图4.1 a1为陶瓷的粉体的XRD图谱，图a2为烧结后陶瓷块体的XRD图谱，可以看出，NYCTO合成粉体中存在少量的杂质相，而烧结后样品的物相纯度明显提高，分析原因有可能是预烧合成粉体温度过低，存在不完全反应的杂质相或第二相。经过1000烧结后，尽管不同浓度掺杂样品的物相纯度提高，但仍然存在少量杂质相，杂质相的存在有可能会对样品的介电性能产生影响。 图4.1 不同Na+含量掺杂的NYCTO粉体与烧结体的XRD图谱 图4.2给出了不同Bi3+含

31、量的（BixYx）2/3Cu3Ti4O12（BYCTO）陶瓷粉体与陶瓷烧结体的XRD图谱。可以看出在不同量的Bi取代下，材料均表现出了较纯的类钙钛矿结构。图4.2 a1为950 下预烧后陶瓷的粉体的XRD图谱，图4.2 a2为1000陶下烧结后陶瓷块体的XRD图谱。同样可以看出，预烧前陶瓷粉中杂相较多，都为未反应完全的原料粉体，但随着Bi含量增加，杂质峰逐渐减少，在x=0.5时杂质消失，而烧结后发现其余杂相也基本消失。同理，经过1000经烧结后，材料结构更纯，有助于很好地提升材料的介电性能。图4.2 不同Bi3+含量掺杂的BYCTO陶瓷粉体与烧结体的XRD图谱图4.3为不同浓度Na离子掺杂下陶

32、瓷断面的扫描电镜图。由图可知，随着Na元素取代量增加，陶瓷材料晶粒逐渐发生变化，当Na掺杂量为x=0.05时，陶瓷晶粒尺寸大小较为均一，当Na掺杂量为x=0.5 时，晶粒大小不一，且材料内部出现了一定的孔洞结构，从而影响材料的介电性能。气孔率的增加可以理解为：Na为易挥发元素，Na元素的挥发使得材料气孔率相对增加。图4.3 不同Na+掺杂NYCTO陶瓷的SEM图像（a）x=0.05；（b）x=0.1；（c）x=0.2；（d）x=0.54.2 Na+、Bi3+掺杂对材料介电性能的影响图4.4给出了不同Na+浓度下（a）介电常数、（b）介电损耗随不同频率的变化情况。通过图4.4（a）可以看出，整体

33、上从低频到高频范围内，材料的介电常数逐渐降低，在102Hz-105Hz的范围内介电常数随频率变化波动不大，但当频率进一步增大时，介电常数下降很快，这是由材料极化引起。不同掺杂浓度的NYCTO陶瓷介电常数表现为先增大后减小的趋势，当掺杂浓度x=0.1时，1 kHz下，介电常数为2817，此时介电损耗约为0.28（如图4.4（b）所示）。图4.4不同Na+浓度下NYCTO陶瓷（a）介电常数与频率的关系；（b）介电损耗与频率的变化关系；（c）电导率与频率的变化关系；（d）复阻抗谱曲线图图4.5给出了不同Bi3+浓度下（a）介电常数、（b）介电损耗随不同频率的变化曲线图。通过图4.5（a）可以看出，整

34、体上从低频到高频范围内，材料的介电常数逐渐降低，在102Hz-105Hz的范围内都有着较高的介电常数（>104），且在这一频率范围内介电常数波动值不大，比较稳定。随着Bi离子掺杂浓度的变化，BYCTO陶瓷的介电常数呈现出先升后降的趋势，在掺杂浓度x=0.2时BYCTO陶瓷具有有最大的介电常数值，1 kHz下，其介电常数为25219，而此时介电损耗只有0.14（如图4.5 （b）所示）。图4.4（c）与图4.5（c）分别给出了不同Na+、Bi3+浓度下陶瓷的电导率随频率的变化关系图。一般来说，材料低频电导率平台斜率越大，表明材料电导率越小，即电阻越大，电阻增大有助于降低材料低频段介电损耗。

35、如果工艺控制适当，可以改变Na+含量来保证介电常数不变的前提下降低介电损耗。图4.4（d）与图4.5（d）分别给出了NYCTO陶瓷与BYCTO陶瓷的复阻抗谱曲线图，半圆弧曲线与阻抗实部交点显示出材料在低频下的晶粒电阻值。由图可知，Na+（x=0.1）、Bi3+（x=0.2）所示曲线交点电阻值都很大，所求得介电损耗值都在可以接受范围内。图4-5不同Bi3+浓度下BYCTO陶瓷（a）介电常数与频率的关系；（b）介电损耗与频率的关系；（c）电导率与频率的关系；（d）复阻抗谱曲线图综上所述可知：Na离子掺杂YCTO在Na离子掺杂浓度x=0.1时介电常数达最大，为2817，而介电损耗为0.28（f=1

36、kHz）。对于Bi离子掺杂，当 掺杂浓度为x=0.2时介电性能较好，1 kHz下，介电常数值为25219，介电损耗为0.14。第5章 结论本论文采用传统固相法制备YCTO陶瓷，研究不同烧结工艺对陶瓷的结构及其介电性能的影响。同时，在确定最佳制备工艺的基础上，进一步研究了Na+与Bi3+掺杂对材料相结构、显微结构与介电性能的影响，得出以下结论：在950下预烧12h，可以合成出物相较纯的YCTO陶瓷粉体，并在1000下烧结10h可以获得介电性能较好的YCTO陶瓷，其介电常数高达18320，介电损耗为0.37（f=1kHz）。对于Na离子掺杂，当x=0.1时，NYCTO陶瓷的介电性能相对较好，1 k

37、Hz下，其介电常数为2817，介电损耗为0.28（1kHz）。对于Bi离子掺杂，当x=0.2时，BYCTO陶瓷的介电性能较好，其介电常数为25219，介电损耗为0.14。参考文献1 Subramanian M A,Li D,D uan N,etal.High dielectric constant in ACu3Ti4O12 and ACu3Ti3FeO12 phase J .J Solid State Chem,2000,(151):323-325.2Homes CC,VogtT,Shapiro SM,etal.Optical response of high-dielectric-cons

38、tant perovskite-related oxideJ.Science,2001,121:625-629.3Vangchangyia S, Yamwong T, Swatsitang E, et al. Selectivity of doping ions to effectively improve dielectric and non-ohmic properties of CaCu3Ti 4 O12, ceramicsJ. Ceramics International, 2013, 39(7):8133-8139.4Thongbai P, Putasaeng B, Yamwong

39、T, et al. Currentvoltage nonlinear and dielectric properties of CaCu3Ti4O12, ceramics prepared by a simple thermal decomposition methodJ. Journal of Materials Science Materials in Electronics, 2012, 23(3):795-801.5Chung S Y, Kim I D, Kang S J. Strong nonlinear current-voltage behaviour in perovskite

40、-derivative calcium copper titanateJ. Nature Materials, 2004, 3(11):774-778.6Lu Z Y, Li X M, Wu J Q. VoltageCurrent Nonlinearity of CaCu3Ti4O12 CeramicsJ. Journal of the American Ceramic Society, 2012, 95(2):476-479.7杜国平, DUGuo-ping. 高介电常数CaCu3Ti4O12陶瓷材料的研究现状J. 上海师范大学学报(自然科学版), 2009, 38(3):326-330.8

41、Yang Z, Zhang L, Chao X, et al. High permittivity and low dielectric loss of the Ca1 xSrxCu3Ti4O12, ceramicsJ. Journal of Alloys & Compounds, 2011, 509(35):8716-8719.9Feng L, Tang X, Yan Y, et al. Decrease of dielectric loss in CaCu3Ti4O12 ceramics by La dopingJ. Physica Status Solidi, 2006, 203

42、(4):R22R24.10Yang Z, Zhang Y, Lu Z, et al. Electrical Conduction and Dielectric Properties of the Rb -doped CaCu3Ti4O12J. Journal of the American Ceramic Society, 2013, 96(3):806811.11Jumpatam J, Putasaeng B. A novel strategy to enhance dielectric performance and non-Ohmic properties in Ca2Cu2xMgxTi

43、4O12J. Journal of the European Ceramic Society, 2014, 34(12):2941-2950.12Jumpatam J, Putasaeng B, Yamwong T, et al. A Novel Route to Greatly Enhanced Dielectric Permittivity with Reduce Loss Tangent in CaCu3xZnxTi4O12/CaTiO3 CompositesJ. Journal of the American Ceramic Society, 2014, 97(8):2368-2371

44、.13杨昌辉. 溶胶凝胶法制备巨介电常数材料CaCuTiO及其性能研究D. 浙江大学, 2006.14Vangchangyia S, Swatsitang E, Thongbai P, et al. Very Low Loss Tangent and High Dielectric Permittivity in PureCaCu3Ti4O12 Ceramics Prepared by a Modified SolGel ProcessJ. Journal of the American Ceramic Society, 2012, 95(5):14971500.15Vangchangyia.S, Swatsitang E, Thongbai P, et al. Very Low Loss Tangent and High Dielectric Per