元素?fù)诫sCaCu3Ti4O12陶瓷介電性能與電學(xué)輸運(yùn)行為研究.pdf

1、巨介電常數(shù)通常意味著材料具有高儲(chǔ)能的密度，而高儲(chǔ)能密度是影響電容器，探測(cè)器，信息存儲(chǔ)器等電子元器件優(yōu)良的重要因素。因此研究巨介電常數(shù)的材料有望在提高電容器的容量和實(shí)現(xiàn)電子元器件的小型化方面有所突破。在此背景下，本文主要采用固相反應(yīng)合成法成功的制備了元素?fù)诫s的CCTO陶瓷，系統(tǒng)地研究了元素?fù)诫s對(duì)CCTO陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與電性能的影響，并對(duì)其巨介電機(jī)制與電學(xué)輸運(yùn)行為進(jìn)行了探討。
　　本文首先采用固相反應(yīng)合成法制備了Al摻雜和Li、Al共

2、摻雜的CCTO陶瓷。Al摻雜CCTO陶瓷是利用Al元素置換CCTO中的一部分Cu元素，相當(dāng)于對(duì) CCTO陶瓷進(jìn)行施主摻雜，研究了Al元素不同摻雜量、以及在特定摻雜量時(shí)不同燒結(jié)時(shí)間 CCTO陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與介電性能。隨著 Al元素?fù)诫s含量的增加，CCTO陶瓷的介電常數(shù)有了顯著的提高。在頻率為100Hz時(shí)，Al元素?fù)诫s含量為1％時(shí)，CCTO的介電常數(shù)高達(dá)8.7×104，相比未摻雜的CCTO陶瓷，介電常數(shù)提高了一倍，并且巨介電常數(shù)具有良好的頻

3、率穩(wěn)定性。當(dāng)Al元素?fù)诫s量達(dá)到2%時(shí)，其介電常數(shù)達(dá)到3×105。需要特別指出的是，該陶瓷樣品在低頻(~105Hz)和高頻(~107Hz)分別出現(xiàn)了類徳拜型弛豫色散。同時(shí)，隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，Al元素?fù)诫s量為1%CCTO陶瓷的介電常數(shù)逐漸增加，燒結(jié)時(shí)間20h的陶瓷介電常數(shù)值可達(dá)1.03×105。Li、Al元素共同摻雜的CCTO陶瓷，隨著摻雜含量的增多，其介電常數(shù)逐漸增大，當(dāng)摻雜含量在5%和10%時(shí)，在100Hz頻率下，介電常數(shù)分別為9.3

4、×104和4.8×105，并伴隨著兩個(gè)類徳拜弛豫色散峰。
　　摻雜導(dǎo)致CCTO陶瓷內(nèi)部氧空位通過界面極化對(duì)介電常數(shù)產(chǎn)生貢獻(xiàn)，而且隨著摻雜量的增多，載流子濃度增加，降低了晶界電阻，致使陶瓷在低頻部分介電常數(shù)顯著提高。摻雜導(dǎo)致了Cu1+/Cu2+與Ti3+/Ti4+離子混價(jià)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生更多的微區(qū)極化子增強(qiáng)極化響應(yīng)，也會(huì)提高介電常數(shù)。通過紫外光譜的測(cè)量，研究了Al元素施主摻雜 CCTO陶瓷的禁帶間隙變化情況，隨著摻雜量的增多，禁帶