CaCu3Ti4O12陶瓷在太赫茲頻段的介電特性研究.pdf

1、CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷因其具有極高的介電常數(shù)而受到廣泛關(guān)注，潛在應(yīng)用價(jià)值極大。目前，CCTO陶瓷存在的主要問題是介電損耗較高，因而限制了其在商業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用。本文針對(duì)上述問題，通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)做了三部分的工作：CaCu3Ti4O12陶瓷基本性能數(shù)值模擬；CaCu3Ti4O12陶瓷在太赫茲頻段的介電特性研究；Nd2O3摻雜對(duì)CaCu3Ti4O12陶瓷在太赫茲頻段的介電調(diào)制作用。
　　本研究分為三個(gè)部分：第一部分，利

2、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算。用最先進(jìn)的材料模擬軟件 Materials Studio模擬計(jì)算CCTO陶瓷的能量和光學(xué)性質(zhì)。模擬結(jié)果：首先建立了CCTO模型結(jié)構(gòu)，然后利用軟件中的Reflex模塊得到了CCTO的衍射圖譜(XRD圖譜)，再利用軟件中的CASTEP模塊得出了CCTO的能帶圖、態(tài)密度圖和光學(xué)性質(zhì)圖譜，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。第二部分，針對(duì)太赫茲(1THz=1012Hz)電容器件發(fā)展的需求，實(shí)驗(yàn)研究了呈現(xiàn)巨介電和不呈現(xiàn)巨介電兩種狀態(tài)C

3、CTO陶瓷在THz波段的介電響應(yīng)特性。在微波波段，小顆粒(Φ<2μm) CCTO的介電常數(shù)εr小于700，無巨介電特征，而大顆粒(Φ>10μm)CCTO的εr大于2000，呈現(xiàn)巨介電特征；兩組CCTO陶瓷的介電損耗值Tanδ在0.1到0.6之間。然而，在THz波段，兩種顆粒度CCTO的介電常數(shù)幾乎完全相等(εr=72±3)，且損耗不超過0.18。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CCTO陶瓷組分的離子極化率主導(dǎo)了在 THz波段的介電常數(shù)εr，而大顆粒 CC

4、TO對(duì)THz電磁波的散射超過小顆粒CCTO，導(dǎo)致介電損耗值Tanδ上升。因此，在THz波段，降低CCTO顆粒大小不會(huì)影響介電常數(shù)，反而能夠降低介電損耗。這一結(jié)果表明CCTO陶瓷是制備THz波段電容的理想介電材料。第三部分，報(bào)道了通過Nd2O3摻雜實(shí)現(xiàn)對(duì) CCTO介電陶瓷在太赫茲(THz)波段介電常數(shù)和損耗的調(diào)制。采用固相反應(yīng)法制備了Nd2O3摻雜的CCTO樣品。結(jié)構(gòu)分析表明Nd離子摻雜不影響陶瓷的主晶相結(jié)構(gòu)；形貌表征顯示Nd離子摻雜的C