a(fe0.5nb0.5)o3(a=ba,sr)陶瓷的介电性能研究

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1、法西料技大学申请』学硕士学位论文论文题目：A(Fco．5Nbo．5)03似=Ba，Sr)陶瓷的介电性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：张亮亮指导教师：王卓2014年5月㈣5㈥545㈣80Y2INVESTIGATIoNONTHEDIELECTRICPROPERTIESOFA(Feo．sNbo．5)03似=B如Sr)CERAMICSAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequire

2、mentfortheDegreeofMasterofEngineeringSc———i——e————n————c———e．By—LiangliangZhang一Supervisor：ZhuoWangMay2014A(Feo．sNbo．s)03似=B籼St)陶瓷的介电性能研究摘要由于巨介电常数材料在电子元器件集成化、智能化、微型化方面存在着较大的应用优势，因而受到了人们广泛的关注。Fe基复合钙钛矿型A(Feo．eBo．5)03(A=Ba，Sr,Ca；B=Nb，Ta，Sb)材料在较宽泛的温度和频率范围内表现出一个巨介电常数台阶(数量级在103．105之

3、间)，因此引起了研究者极大的兴趣。然而这类材料在室温存在着较大的介电损耗，且其介电常数平台不够宽展。因此，在试图延长材料巨介电常数平台的恫I时尽可能的降低其介电损耗，是一项非常有价值的研究。本文系统地研究了Ba(Feo．5Nb0．5)03(BFN)和Sr(Feo．5Nbo．5)03(SFN)陶瓷的微观结构和介电性能，并通过将BFN和SFN按不同的比例合成固溶体，实现了介电性能的改善，进一步对该类陶瓷的介电弛豫进行了深入研究。采用固相烧结法在1300℃～1400oC制备了致密的BFN陶瓷。研究结果表明不同烧结温度下陶瓷的晶相结构一致，当烧结温度从13

4、00℃升高到1400℃时，平均晶粒尺寸增大，陶瓷的介电常数从18868急剧增大到45167。复阻抗分析表明，BFN陶瓷的微观结构是由半导的晶粒和绝缘的晶界构成，根据内部阻挡层电容器(IBLC)巨介电理论模型，介电常数的增加源于平均晶粒尺寸与晶界厚度比值(tg／tgb)的增加，巨介电常数的外部起源与微结构有关。分别在氮气、空气和氧气气氛中1450℃保温3个小时得到了致密的SFN陶瓷。测试分析表明烧结气氛中氧浓度的变化不会对试样的晶相结构产生影响，并且陶瓷的平均晶粒尺寸和介电常数都会随着烧结气氛中氧浓度的增加而减小。XPS分析表明SFN陶瓷内的氧空位会

5、随着烧结气氛中氧浓度的增加而减少，进而陶瓷空间电荷极化减弱，介电常数减小，同时氧空位的产生会使陶瓷的电中性发生改变，为了保持整个体系的电中性，部分的Fe3+转变为Fe2+。然而，随着烧结气氛中氧浓度的增加，Fe3+离子向Fe2+离子的转变将受到抑制。得出结论，SFN陶瓷的巨介电效应与氧空位和Fe2+／Fe3+混价结构有关。复阻抗分析进一步证实了SFN陶瓷的微观结构是由半导的晶粒和绝缘的晶界构成，而微观电阻的差异源于氧空位的浓度差。研究表明Baa．。Srx(Feo．5Nbo．5)03(沪O，O．2，0．4，0．6，0．8)固溶体陶瓷在x=0．2时获得

6、了极大的介电常数，1kHz时室温介电常数约为180000，复阻抗分析表明陶瓷的巨介电效应主要源于晶界响应。与纯BFN陶瓷相比较，当x=0．6时固溶体保持了巨介电常数值的同时，降低了其介电损耗，并具有良好的温度和频率稳定性，陶瓷的介电性能得到了明显改善。分析可知锶的掺入，抑制了陶瓷低温介电弛豫过程中Fe2+／Fe3+混价结构的形成，并增加了高温介电弛豫过程中电子跳跃的势垒高度，低温和高温介电弛豫分别移向低温和高温一侧导致了陶瓷试样介电常数平台的伸长。Bao．4Sro．6(Feo．sNb0．5)03陶瓷在298．450K和460．700K存在两个具有强

7、烈频率色散的介电弛豫，在它们之间存在一个巨介电常数台阶(c'103)，两个介电弛豫均为符合Arrhenius定律的热激活过程。研究表明低温介电弛豫为单弥散的类德拜弛豫，起源于Fe2％-口Fe3+离子之问电子的跳跃；而氧气中热处理后高温介电常数峰几乎完全被抑制，因而属于氧空位等缺陷诱导的非本征介电弛豫；巨介电常数平台是低温和高温弛豫相互竞争的平衡结果。关键词：A(Feo．sNb0．5)03(A=Ba，Sr)陶瓷，介电常数，介电损耗，弛豫行为，电异质结构，氧空位IIINVESTIGATIoNONTIIEDIELECTRICPROPERTIESOFA(F

8、eo．sNbo．5)03似=B籼SOCERAMICSABSTRACTConsideringthatgiantdielect