对ba0[1].70sr0.30tio3陶瓷介电性能的影响规律及机理研究

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1、第$%卷第%期"##I年%月物理学报TCB5$%，SC5%，>6F68J，"##I&###A."I#O"##IO$（%#%）O$+%?A#<>2/>PKQ,R2>,RSR2>""##I290E5P9N85,CD5###############################################################晶粒尺寸对!"#$%#&’#$(#)*+(陶瓷介电性能的影响规律及机理研究!!毛朝梁董显林王根水姚春华曹菲曹盛杨丽慧王永令（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海"###$

2、#）（"##%年&&月"%日收到；"##%年&"月&%日收到修改稿）通过制备晶粒尺寸处于#’&—&#!(之间的致密)*#’+#,-#’.#/01.陶瓷，系统研究了晶粒尺寸对居里温度!2、铁电相介电常数!3、峰值介电常数!4的影响规律，并深入分析了其内在的影响机理5研究表明：晶粒尺寸减小时，!2刚开始基本不变，直到晶粒尺寸小到一定程度时才开始降低，此变化规律可由)678876(的内应力模型解释；随晶粒尺寸的增加，!3先增加后减小，此变化规律可由,9*0:9的串并联模型来解释，主要影响因素有内应力、畴、

3、晶界；!4随晶粒尺寸的增加，在晶粒尺寸较小时先增加后减小，晶粒尺寸较大时略有增加，此变化规律可由弥散相变理论和串并联模型共同解释，在晶粒尺寸较小时主要影响因素为内应力、微畴和晶界，晶粒尺寸较大时主要影响因素为晶界5关键词：)*#’+#,-#’.#/01.陶瓷，介电常数，居里温度，晶粒尺寸,-..：++"#，++%#)，++%#;后引起的居里温度下降及介电常数增加的现象5>-BJ［&#，&&］&’引言和K7EE0EF8等却持有不同意见，他们将)/基陶［&"］瓷的晶粒尺寸效应归结于畴壁的贡献5,9*0:

4、9等)*",-&H"/01.（#"""&）（),/）铁电陶瓷是则把内应力、畴壁和晶界等因素都综合在一起，提出［&.］)*/01（.)/）与,-/01（.,/）的固溶体，它具有高介电了串并联模型5最近，L9*C等又提出了“死层”常数、低介电损耗以及可调的居里温度等优点，因而（M7*MB*N7-）理论5尽管目前关于)/基陶瓷晶粒尺寸被广泛应用于电子行业中的各种移相器、动态随机效应的研究已经取得了一些有价值的成果，但迄今存储器以及非制冷红外焦平面探测器中［&—$］5随着为止几乎所有的研究都集中在材料处于铁

5、电相的情电子器件集成化和小型化程度的不断提高，对)/况，对其峰值介电常数的讨论却罕见报道，而),/［<］热释电陶瓷在应用时要求其居里温度!处于室基陶瓷微观结构中晶粒尺寸的要求也越来越高52尤其是非制冷红外焦平面探测器用的),/热释电温，峰值介电常数与晶粒尺寸之间的关系和规律就陶瓷，由于在制作器件时有特殊的要求（需要减薄到显得尤为重要5另外，),/材料结构与性能之间的规几十微米），就希望),/陶瓷的晶粒尺寸能够较细5律与)/材料不完全相同，也有其特殊性5目前也缺一种材料的宏观性能在很大程度上决定于其微

6、观结乏针对),/材料晶粒尺寸效应的研究，这在一定程构，陶瓷材料中晶粒尺寸是微观结构中最重要的特度上阻碍了),/陶瓷的进一步发展和应用5征之一，晶粒尺寸变细以后，其性能就会受到极大的本文通过制备不同晶粒尺寸（#’&—&#!(）的致影响5因此陶瓷宏观性能与晶粒尺寸之间关系及规密)*#’+#,-#’.#/01.陶瓷，系统研究了晶粒尺寸#对其律也成了当前的一个研究热点5人们对)/基陶瓷介电性能（居里温度!2、铁电相介电常数!3、峰值介晶粒尺寸效应的研究主要包括晶粒尺寸对其相变温电常数!4）的影响规律，并深入

7、分析了其内在的影［+—&#］［I］度及铁电相介电常数的影响5)67887(和)7BB响机理5提高人们对),/陶瓷微观结构与宏观性能等最先提出采用内应力模型来解释晶粒尺寸减小以之间规律与本质的认识，为促进),/材料在各种微!上海市青年科技启明星计划（批准号：#<=>&?#$$）和中国科学院上海硅酸盐研究所科技创新基金资助的课题5!@A(*0B：(*CD9*CB0*EFG(*0B580D5*D5DE/期毛朝梁等：晶粒尺寸对>&(9’(#?(92(@8A2陶瓷介电性能的影响规律及机理研究C’/C小型器件尤

8、其是非制冷红外焦平面探测器中的应用清洗干净后双面涂银，并以-DE*8)的升温速率在提供知识积累!,C(D，(9C7的条件下制备好电极!!"!"分析测试-9实验过程用阿基米德法测量陶瓷的体积密度和相对密度2（用晶格常数计算得到的理论密度为C9’,25E.*）!!"#"样品制备样品的表面形貌用日本产型号为F#%:,’((G扫描电本实验中，采用溶胶:凝胶（#;）法合成的粉体，子显微镜（#$%）观察，其平均晶粒尺寸用截线法经过放电等离子体烧结（#<#）和普通烧结（=#）方法［