鉍基焦綠石陶瓷的微結(jié)構(gòu)及介電弛豫特性研究.pdf

1、Bi基焦綠石材料是一種焦綠石結(jié)構(gòu)的新型介電材料，具有低燒結(jié)溫度、高介電常數(shù)、低介電損耗等特點，正成為當今國際學術(shù)研究的熱點之一。本文從材料科學的角度出發(fā)，利用傳統(tǒng)固相反應法制備了系列立方Bi基焦綠石材料，通過先進的測試方法獲得了Bi基焦綠石陶瓷的微觀缺陷信息，揭示了與介電弛豫有關(guān)的固體微結(jié)構(gòu)信息，深入探討了材料組成對固體微結(jié)構(gòu)和介電性能的作用規(guī)律。主要研究結(jié)果如下： (1)為了探索(Bi1.5Zn0.5)(M1.5Nb0.5)O

2、7(BZNM，M=Ti4+、Sn4+、Zr4+、Ce4+)四元系焦綠石陶瓷樣品的微觀缺陷信息，首次采用核物理分析方法一正電子湮沒技術(shù)，研究了該體系材料的缺陷結(jié)構(gòu)信息。結(jié)果表明，材料的缺陷與B位取代離子的離子半徑有很大聯(lián)系。材料B位離子加權(quán)半徑與(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7材料的差距愈大，材料內(nèi)部缺陷愈多。由于[Mzn**·VZn"]和[2MNb’·Zni**]等復合缺陷的形成，導致總的晶界和空位缺陷濃度的降低。結(jié)

3、合BZNM系列材料的X射線衍射分析結(jié)果，從晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性角度考慮，本文認為不影響B(tài)i基焦綠石材料立方單相結(jié)構(gòu)的B位離子半徑范圍為0.60～0.72A，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的離子包括：Ti4+、Nb5+、Ta5+、Sn4+、Zr4+等。 (2)BZNM系列材料的高溫電導特性研究表明，在低溫區(qū)內(nèi)，電子是主要的電荷載體，本征缺陷對材料電導的貢獻不起主導作用。由于晶界電阻會限制電子的遷移，故BZNS材料由于其較少的晶界而表現(xiàn)出較高的電導率。當溫度升

4、至高溫區(qū)時，本征缺陷熱運動加劇和材料晶界電阻的降低兩種促進作用大于激活能提高的阻礙作用，故材料的電導率隨溫度的升高而不斷增大。由于BZNC陶瓷內(nèi)部提供的本征缺陷是最多的，故該材料的電導增加的最快，從而造成了在高溫區(qū)內(nèi)相對與其它三個樣品的電導率，BZNC陶瓷的電導率為最大值。 (3)研究了(Bi1.5Zn0.5-xSrx)(Ti1.5Nb0.5)O7(BZSTN，x=0～0.5)系列陶瓷的介電弛豫特性。BZSTN系列材料中x=0.

5、3～0.5的三個樣品出現(xiàn)了明顯的介電弛豫現(xiàn)象，且隨著Sr/Zn摩爾比由3：2增至5：0，三個樣品的弛豫度不斷降低，意味著三個樣品的弛豫程度逐步降低。分析表明材料的介電弛豫是源于結(jié)構(gòu)中O'A-O鏈的彎曲。由于Sr2+和Zn2+的摩爾比越接近，材料內(nèi)部形成的Sr2+-O'-Zn2+結(jié)構(gòu)對原先的Zn2+-O'-Zn2+的短程有序結(jié)構(gòu)影響程度越高，故三種材料的介電弛豫度隨著Sr/Zn摩爾比的增大而逐步降低。理論上適當調(diào)整Sr2+離子的引入量，有

6、望獲得低溫度系數(shù)甚至零溫度系數(shù)的焦綠石陶瓷材料，以解決Bi基焦綠石陶瓷的介電常數(shù)對環(huán)境溫度的敏感性問題。 (4)對比本論文研究的BZNM、(Bi1.5M0.5)(Ti1.5Nb0.5)O7(BMTN，M=Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2)和(Bi1.5Sr0.5)(M1.5Nb0.5)O7(BSNM，M=Ti4+、Sn4+、Zr4+、Ce4+)三組焦綠石材料，發(fā)現(xiàn)B位離子的極化率對Bi基焦綠石電介質(zhì)陶瓷的介電性能有重要的影響