钛酸锶钡热释电陶瓷的制备工艺及其热释电性能研究

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1、摘要钛酸锶钡((Ba，Sr)Ti03，简称BST)铁电固溶体因其具有优良的介电性能、良好的可调率以及高的热释电系数，和居里温度可调等优点，而被认为是极有发展前景的材料之一，被广泛用于制作铁电存储器、相移器、高频电容器以及非制冷红外探测器等器件。本文采用传统的固相烧结工艺制备了纯的和掺杂的Bao．sSro．2Ti03陶瓷，研究了制备工艺对BST陶瓷结构与性能的影响，结果表明：制备BST陶瓷的最佳预烧和烧结温度分别为1000℃和1310"C；预烧升温速率对BST陶瓷的热释电性能影响明显，而烧结升温速率对陶瓷的热释电系数的影响不大；陶瓷成型压力对BST陶瓷的热释电性能也有显著影响。

2、在1000℃预烧2h，1310℃烧结1h制备的BST陶瓷的SEM结果显示陶瓷结构致密，气孔率较低；在室温下测得相对介电常数为1751，介电损耗为0．0071；热释电系数达到4899pC．In-2．K-1,相应的热释电探测率优值为1．46×104m3／2．J～·F。1佗。应用优化的陶瓷制备工艺，研究了Mn和Nb掺杂对BST陶瓷结构与电性能的影响规律，实验结果表明，适量的Mn和Nb掺杂均能改善BST陶瓷的微结构，提高热释电系数。当Mn掺杂量为0．3wt％时，室温下100kHz下测得BST陶瓷的相对介电常数为1199，介电损耗为O．0052。热释电系数为5982I．tC·m-2．K

3、～，相应的热释电探测率优值达到2．51×104m3／2．J-1．F-I／2*而当Nb205掺杂量为0．3wto／o时，BST陶瓷的相对介电常数减小到996，介电损耗为0．0050。居里温度附近的热释电系数峰值为9309pC·In-2·K-1，探测率优值达到4．38x10"4m3／2．J-I．F以陀，有望在非制冷红外探测器领域获得实际应用。关键词：BST陶瓷：掺杂；介电性能；热释电性能ABSTRACTBariumstrontiumtitanate(Bal．xSrxTi03，BST)isaferroelectricsolidsolutionwhichexhibitsgooddie

4、lectricpropertyandtunability,hi曲pyroelectriccoefficient，andvariableCurietemperaturedependingonthecompositionofstrontium．Duetothis，ithasbeenidentifiedasa．promisingmateri、alforferroelectricDRAM(FEDRAM)，tunablephaseshiflers，highfrequencycapacitors，uncooledinfrareddetectorandSOon．PureanddopedBa

5、o．8Sr0．2T103(BST)pyroelectricceramicswerepreparedbyconventionalsolidreactionmethod．Theeffectsofpreparingprocessparametersonthestructureandprope．rtiesoftheBSTceramicswereinvestigated．Alltheresultsindicatedthattheoptimumcalciningandsinteringtemperatureswerel000*Cand1310。C，respectively，thecalc

6、ininguprateobviouslyinfluencedthepyroelectricpropertyofBSTceramics，buttheuprateofsintefinghadalmostnoeffectsonthepyroelectriccoefficient，theinfluenceofmoldingpressureonthepyroelectricpropertywasalsosignificant．Theceramicsamplecalcinedat1000*Cfor2hoursandsinteredat1310。Cfor1hourhasgooddielec

7、tricpropertieswithlowrelativedielectricconstant(e产1751)，lowdielectricloss(tan6=0．0071)atlOOkHz．Pyroelectric乙oefficientWas4899“C·m-2．K-1，themeandetectionrateofthecorrespondingvaluereached1．46x10"4m3／2．J～．．F．1／2．ThestructuresandelectricalpropertiesoftheMna