掺杂稀土元素对细晶BaTiO 系统耐压及介电性能的影响!

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1、第$0卷第$期中国稀土学报$""!年1月H&JK$0LK$M’NE937’O,%(P%Q9(;(E3E((3E,%;’PQ(,C3R)K$""!%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%掺杂稀土元素对细晶!"#$%系统耐压及介电性能的影响!&郭炜"，李玲霞，吴霞宛，王洪儒，张志萍（天津大学电子信息学院，天津!"""#$）摘要：研究了稀土元素%&$’!和()$’!掺杂*+,-’!基瓷料，其在*+,-’!系晶粒中可抑制晶粒生长，使晶粒尺寸变小，体密度

2、增高，呈现细晶效应，!峰在整个温区范围内弥散，提高室温下介电常数，减小容量变化率。本系统中三价稀土氧化物%&$’!和()$’!等物质同时加入到*+.,-’!陶瓷中后，稀土氧化物没有全部进入晶格内部发生取代，其中的一部分与其他添加剂形成一些非铁电相，提高耐压；另一部分留在晶界处，成为晶粒抑制剂，使得晶粒细小，瓷体致密，提高陶瓷的耐压。关键词：无机非金属材料；细晶效应；耐压；稀土中图分类号：’/012!!文献标识码：3文章编号：0"""41!1（!$""!）"$4"$"54"6许多学者对稀土离子在掺杂改性*+,-’!方面量温度稳定性

3、，如>?，C和=:离子，=:离子掺入所具有的独特作用进行了研究，由于显微结构不到陶瓷中，可以提高居里点以下的介电常数，但不同，各种稀土氧化物对介电性能的影响也各不相会压低居里峰，因而提高了D#E介质材料的介电同。根据报道不同稀土离子（7+!8，9:!8，;?!8，%&!8，()!8）添加进细晶*+,-’!会对>?，%&，()），介质容量老化速度会降低，因而寿［1］其介电性能产生显著影响［0］，从中发现改性的效命会延长。掺杂受主杂质如C$’!来补偿施主杂质，可以提高绝

4、缘电阻。果与稀土离子的半径密切相关，具有较大离子半径的稀土离子有7+!8（"20"6@<），;

5、HI*+8$!F·*+8阻陶瓷及半导体瓷。其中，尤为重要的是钙钛矿型,-,-8!’’8!!*+’（$）的稀土复合氧化物用途很广［0B!］。多年来电容器F$’!掺杂量较低时，F!8取代*+$8进入*+.材料中的稀土元素全部是用于调整特性，作为少晶格后，为保持电中性，,-18被还原为,-!8，,-’!量添加组分使用的。许多科学工作者就稀土离子18形成弱束缚电子。（0）式中（,-·G）表示的就是掺杂对*+,-’!系统的影响展开了大量研究，但直,-!8，即,-18弱束缚着一个自由电子，这个电子易至今日，仍在许多观点上存在分歧。但是其中较

6、为于参于电导，使材料绝缘性降低；（$）式表明当一致的看法是：稀土离子的掺杂改性，可抑制*+.F!8掺杂量较高时，材料中对F!8取代*+$8而导,-’!基质晶粒生长，提高室温下介电常数，减小容致电荷过剩补偿，这将由钡空位（HI*+）的产生来实量变化率，提高耐压强度。现。晶粒中的施主杂质被HI*+补偿，致使材料的体稀土元素不仅能有效地改善高频陶瓷性能，电阻率上升，呈绝缘性。而且还能改善低频陶瓷性能。常用的稀土氧化物0实验有>?$’!，=:$’!，C$’!，()$’!等，他们各自的改性作用总结如下：稀土氧化物可以改善介质的容本研究在细

7、晶*+,-’!基料中分别加入摩尔分!收稿日期：$""!4"$4"A；修订日期：$""!4"!406作者简介：郭炜（05#A4），男，天津人，硕士研究生；研究方向：功能材料"通讯联系人（(.<+-J：S+

8、加剂掺杂后的+,-.%&系统经球磨、烘干、加入粘合剂后压成圆片后烧结，测试出其介电性能。!结果与分析!"#$%!&’掺杂对系统介电性能的影响系统基料中分别加入（摩尔分数）/0!1"，图!#$!%&的不同掺杂量对容量温度变化率的影响/*1/"，/021"，30//