BiMO3(M=Y, Fe,Al) 摻雜BaTiO3陶瓷弛豫行為的研究.pdf

1、弛豫型鐵電體由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和物理性能被廣泛地應(yīng)用于多層陶瓷電容器（MLCC）領(lǐng)域。典型弛豫鐵電體在介電常數(shù)和介電損耗隨著溫度的變化圖譜中，介電常數(shù)隨著溫度的變化峰會(huì)隨著頻率的變化而發(fā)生寬化，并且在介電損耗角正切值隨溫度變化的圖譜中有強(qiáng)烈的頻率色散。BaTiO3（BT）是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電化合物，具有優(yōu)異的鐵電性、高的介電常數(shù)、高的壓電系數(shù)和熱釋電性能。目前，BaTiO3被廣泛地應(yīng)用于低溫共燒陶瓷（LTCC）、MLCC和電光學(xué)器件。為了將

2、BT轉(zhuǎn)化為弛豫型鐵電體，通常經(jīng)過(guò)等價(jià)和不等價(jià)的離子摻雜提高其弛豫性能。通過(guò)A和B位單摻和共摻或者添加鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物提高BT的弛豫性能，Bi基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物也經(jīng)常被添加到陶瓷中提高其性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)傳統(tǒng)固相法合成(1-x) BaTiO3-x BiYO3（(1-x)BT-x BY）陶瓷，當(dāng)x≤0.04時(shí)，(1-x) BT-x BY陶瓷均是四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；當(dāng)x>0.04時(shí)，(1-x) BT-x BY陶瓷是偽

3、立方的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著x的增加，介電常數(shù)的最大值（εrmax）逐漸降低，并且介電常數(shù)隨著溫度的變化曲線(xiàn)逐漸平坦。當(dāng)x>0.04時(shí)，(1-x) BT-x BY陶瓷逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠バ丸F電體。BY的添加有效地改善了(1-x) BT-x BY陶瓷溫度穩(wěn)定性。當(dāng)x=0.30時(shí)，(1-x) BT-x BY陶瓷符合X9R，△ε/ε25在±15％之間的溫度范圍是-55~200 oC。⑵通過(guò)傳統(tǒng)固相法合成(1-x) BaTiO3-x BiFeO3（(1-x

4、) BT-x BF）陶瓷，通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和介電性能研究了BF添加對(duì)BT陶瓷的影響。當(dāng)0≤x≤0.08，XRD和Raman結(jié)果表明了(1-x) BT-x BF陶瓷從四方相轉(zhuǎn)變成立方相。隨著x的逐漸增加，(1-x) BT-x BF陶瓷的晶粒尺寸逐漸減小且變得更加致密化。介電性能分析表明了(1-x) BT-x BF陶瓷在x=0，0.06，和0.08分別屬于正常鐵電體、擴(kuò)散型鐵電體和弛豫型鐵電體。在高頻下，x=0.06和x=0.08樣品

5、的交流電導(dǎo)率隨著頻率的變化不明顯，主要是由于O2-移動(dòng)和缺陷的產(chǎn)生導(dǎo)致，這與Fe2+-VO-Fe3+跳躍載流子有關(guān)。XPS測(cè)試結(jié)果也表明了(1-x) BT-x BF陶瓷中存在Fe2+和Fe3+。隨著x的逐漸增加，(1-x) BT-x BF陶瓷的電滯回線(xiàn)逐漸變瘦，這是因?yàn)樘沾芍兴姆较嗪土⒎较嗟墓泊?，這個(gè)結(jié)果也和XRD和Raman分析結(jié)果吻合。⑶通過(guò)傳統(tǒng)固相法合成(1-x) BaTiO3-x BiAlO3（(1-x) BT-x BA）陶瓷，

6、 XRD和Raman結(jié)果表明了(1-x) BT-x BA陶瓷從四方相轉(zhuǎn)變成立方相。介電性能結(jié)果表明了(1-x) BT-x BA陶瓷具有強(qiáng)的頻率色散和相變擴(kuò)散現(xiàn)象。介電常數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的溫度（Tm）降低，是由于Ba2+和Ti4+分別被Bi3+和Al3+取代。當(dāng)x=0.06時(shí)，(1-x) BT-x BA陶瓷逐漸從鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠バ丸F電體。利用玻璃態(tài)模型擬合的激活能是接近于0 meV，表明了熱激活過(guò)程引起中心的跳躍貢獻(xiàn)。Raman結(jié)果中的26