钛酸锶陶瓷材料制备方法的进展

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时间:2018-06-14

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1、钛酸锶陶瓷材料钛酸锶作为重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体,可作为介电材料和光电材料。 钛酸锶(SrTiO3)是一种立方钙钛矿型复合氧化物,在室温下,满足化学计量比的钛酸锶晶体是绝缘体,但在强制还原或搀杂施主金属离子的情况下可以实现半导化。钛酸锶是重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体。,有稳定的电滞性质。在高温超导薄膜、催化、高温固体氧化物燃料电池、电极材料、电化学传感器、氧化物薄膜衬底材料、特殊光学窗口及高质量的溅射靶材等方面应用广泛,可作为介电材料和光电材料

2、,用来制造高压陶瓷电容器、PTC热敏电阻、晶界层电容器(GrainBoundaryLayerCapacitor,简称GBLC)、电子元件、光催化电极材料,制造既有电容器功能又有吸收浪涌的压敏电阻器等,它们都具有高性能、高可靠性、体积小等优点。并且与钛酸钡材料相比,还具有介电损耗低、温度稳定性好,高耐电压强度等优点。钛酸锶的物理特性:室温下,SrTiO3属于立方晶系,空间群Pm3m,禁带宽度约为3.2eV,a=b=c=0.39051nm,===90。是一种典型的AB03型钙钛矿型复合氧化物。许多文献报道钛酸锶的居里温度TC=106K,当T

3、SrTi03晶体中,大的阳离子Sr2+位于简立方原胞的顶上,小的阳离子Ti4+位于体心,阴离子02-位于面心。这样的结构亦可看作是氧八面体顶角相连的网络,较小的阳离子填充氧八面体空位,较大的阳离子填充十二面体空位,如图1-1所示。而SrTi03的晶界结构如图1-2所示,由图可看出,SrTi03晶界上有很多偏离空间电荷区域(SpaceChargeRegion)的正电荷。对于产生正电荷的原因,J.C_.verbiinger认为可能是因为晶界表面有很多钛原子(由偏析引起),而这些钛原子没能很好地与氧原子结合,即钛原子的核电荷没有被中和,最终结果便是在晶界上产生了正电荷。该晶界模型

4、能很好地解释SrTi03经掺杂后,其晶粒直径减小。比如,受主掺杂的原子,它们能很顺利地插入到空间电荷区域(空间电荷区域同时会阻止它们进入晶界内部),形成一中间晶界层,并同时会中和一部分晶界表面的正电荷,使空间区域收缩,因而晶粒直径减小。实验研究现状::第一是SrTi03粉体的制备工艺研究;第二是SrTi03的结构性能、形成机理及动力学研究;第三是SrTi03基系列掺杂物的结构与性能研究;第四是以SrTi03为载体的超导研究。是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。计算结果表明:SrTi03是一种间接禁带半导体,其价带顶位于布里渊区内的R点,导带底位

5、于r点。Mulliken布局分析、态密度、差分电荷密度分析均表明,Ti原子与O原子形成的是共价成分较高的共价键,而Sr原子与O原子形成的是离子键。3月31不同掺杂物对SrTiO3晶相的影响(采用溶胶-凝胶法进行掺杂)以金属离子为掺杂物(设计分子式为:SrxAyTiO3,其中A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb),所指的的样品的XRD衍射谱数据可知主要晶相是SrTiO3,有少量杂项产生。(1)采用溶胶—凝胶法进行掺杂,设计分子式为SrxAyTiO3(A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb),实际得到的是以SrTiO3为主相的固溶体;分散开的样品颗粒近似呈球形,颗粒粒径约50

6、nm,有团聚现象。(2)以Y2O3为掺杂物所制得的样品,颗粒分布均一,粒径约为250nm,颗粒呈六边形。(3)以为SrTiO3基体以Y2O3为掺杂物,当掺杂量为3.54%(Y%)时,样品的阻温特性曲线与纯SrTiO3的阻温特性曲线相近。(4)以SrTiO3为基体,以La2O3为掺杂物,当掺杂量为1.23%(La%)时,样品的阻温特性曲线与纯SrTiO3的阻温特性曲线接近4月1号(对SrTiO3陶瓷发光、介电和磁学性质的影响)未掺杂的STO是一种先兆性铁电体(incipientferroelectric),或者也被称为量子顺电体(quantumparaelectric),其本

7、身不具有发光和磁学特性。在温度低于150K时,STO中存在着一个从立方相到四方相的结构相变。由于具有较大的量子起伏效应,直到温度降至OK附近,在STO中也不能观测到铁电相的存在【l】。但是当采用一些稀土元素,例如La、Pr等替换Sr位时,可以观测到由此所产生的铁电性或者介电异常行为【2】【3】。陶瓷室温下的介电性能和频率的关系采用HP4294A阻抗分析仪进行测量,测量范围从100Hz到10MHz。室温下磁学性能的测量通过RikenBHV-55振动样品磁强计(VSM)测量,测试时所加磁场范围为-10到+10kOe。E

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