改性CaCu3Ti4O12及相關(guān)陶瓷的結(jié)構(gòu)與巨介電效應(yīng).pdf

1、巨介電常數(shù)材料在電容器及電子元件小型化等方面有著重要的潛在應(yīng)用。CaCu3Ti4O12是該類材料的典型代表,其巨介電常數(shù)具有溫度和頻率的穩(wěn)定性,這一獨(dú)特的介電性能,使其成為了電介質(zhì)材料研究的熱點(diǎn)之一。為了加深對(duì)CaCu3Ti4O12巨介電效應(yīng)物理本質(zhì)的理解,同時(shí)對(duì)其介電性能進(jìn)行調(diào)制,系統(tǒng)研究了改性CaCu3Ti4O12及相關(guān)陶瓷的結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)以及介電性能。
　　 首先,采用固相反應(yīng)法制備得到單相的ca1-3x/2NdxCu3Ti

2、4O12(x=0,0.1,0.2)陶瓷。利用寬溫寬頻分析儀,對(duì)樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的介電性能測(cè)試。發(fā)現(xiàn)Ca1-3x/2NdxCu3Ti4O12(x=0,0.1,0.2)陶瓷存在低溫與高溫兩個(gè)介電弛豫,低溫介電弛豫屬于樣品的本征行為,且遵循Arrhenius定律,Cu+/Cu2+和Ti3+/Ti4+混價(jià)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是形成該介電弛豫的根源。通過(guò)X射線光電子能譜測(cè)試,進(jìn)一步證實(shí)了Ca1-3x/2NdxCu3Ti4O12(x=0,0.1,0.2)陶瓷中C

3、u離子和Ti離子的變價(jià)情況。Nd元素在Ca位進(jìn)行置換,使得樣品中的混價(jià)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,從而達(dá)到調(diào)控其介電性能的效果。
　　 進(jìn)一步測(cè)試不同燒結(jié)溫度下制備的ca1-3x/2NdxCu3Ti4O12(x=0,0.1,0.2)陶瓷的介電性能,發(fā)現(xiàn)在Nd元素置換量x=0.1的樣品中,陶瓷介電性能對(duì)制備條件的敏感性得到了明顯的控制。借助掃描電鏡觀察樣品的微觀形貌,發(fā)現(xiàn)x=0.1樣品的微觀形貌隨燒結(jié)溫度的改變而發(fā)生明顯變化,而其介電性能卻并

4、未受到微結(jié)構(gòu)變化的影響,始終保持穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)分析表明,在x=0.1樣品中,TiO6八面體的傾斜程度最小,Ti-O鍵長(zhǎng)也相應(yīng)最小,形成了更為緊湊的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)是其介電性能制備條件敏感性得到明顯控制的原因。
　　 采用固相反應(yīng)法制備了SrCu3Ti4O12陶瓷,樣品中存在少量的srTiO3和CuO第二相。介電性能分析表明,SrCu3Ti4O12陶瓷在低溫下存在一個(gè)明顯的介電弛豫,該弛豫屬于樣品的本征行為。另外,將SrCu3Ti