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1、第卷第期功能材料与器件学报,,年月一一一文章编号电子陶瓷材料的纳米尺寸效应和纳米技术,‘,’,‘,’,’张道礼赵岚徐建梅胡云香吕文中华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉,湖中国地质大学材料与化学工程学院北武汉、。摘要电子陶瓷材料的纳米尺寸效应纳米技术以及代表纳米特征的相关特征技术变得日益重要。本文讨论了电子陶瓷材料领域的纳米技术研究进展以及将来的发展趋势首先阐述了纳米氧化物,,最陶瓷的尺寸效应然后讨论纳米结晶陶瓷的制备方法和应用后叙述在纳米技术与半导体技术发。展中并驾齐驱的集成陶瓷薄膜技术的发展趋势关键词电子陶
2、瓷材料纳米尺寸效应纳米技术纳米分析中图分类号文献标识码’一‘,‘,一,,一,,一‘,,,,。,,,一,,,,巧,一一引言论纳米结晶陶瓷的制备方法和应用,最后介绍陶瓷,。纳米规模的尺寸效应已经研究了很长时间近薄膜的微技术趋势年来的趋势是利用这种效应,合成由尺寸效应决定性质的陶瓷,这对于块状、厚膜和薄膜陶瓷都适用。电子陶瓷材料的纳米尺寸效应本文首先介绍纳米氧化物陶瓷的尺寸效应,然后讨电子陶瓷领域的各类材料都存在纳米量级的尺一一一一收稿日期修订日期基金项目湖北省自然科学基金资助项目作者简介张道礼一,男,副教授,博士,主
3、要从事光电功能材料与器件、纳米结构及其性能标征,计算材料学的研究一功能材料与器件学报卷。,一一寸效应报道得最多的是离子导电陶瓷和许多铁性些叠层层错是异质结构其中日和,层交替、、。,。,陶瓷如铁磁铁电铁弹性陶瓷的尺寸效应对纳出现层间距是原子数量级如果在边界上存。,米尺寸效应的直接观察是通过纳米分析进行的在界面效应电导率的增加就可用空间电荷效应解。、‘’释和掺忆错酸盐等纳米晶中也观察到离子导电陶瓷中的纳米尺寸效应这种电导率增加的现象,如图所示。在铁性陶瓷中的纳米尺寸效应随着材料粒度减小,具有可动畴壁铁性材料的飞。特性
4、有显著变化陶瓷中宏观微粒和晶粒有复杂的·。困、味占。,。畴结构当微粒尺寸减到足够小时微粒为单畴铁一,磁性,刃微粒在约时发生这种转变与、月︸,旧”︵。,理论估计值吻合研究铁电微粒时在,聚合物复合材料中向单畴微粒临界转变的粒拼一。,度近似为’随着微粒尺寸进一步减小具有“’、清晰极化方向的铁性状态经历着向超顺磁”,态的转变特征是零自发极化和电滞丫窝已、注︸现象消失,但仍是非线性关系。这种转变与尺寸有关,这时伴随极化的体积自由能的减小是与热能处。一,含召于同一个量级对于,目前报道的临界尺寸大约为,而对于,发现临界尺寸约为
5、。一‘,〕,微粒尺寸进一步减小将导致非线性特性消,””。,失这时表面效应控制着顺磁态,研究人员详细研究过晶粒大小对铁电场,,陶瓷电容率和相变温度的影响图中室温下叮电容率与晶粒尺寸的关系曲线是从不同文献中得到‘一〕。。,的正如在块状陶瓷中发现的在平均一晶粒尺寸约为时电容率有一个明显的最大,滋值。显而易见,这个最大值是两种效应叠加的结果,图掺忆错酸盐纳米晶试样电导率图,在几微米的晶粒以下由于应力的影响晶粒内部平。均电容率会增加在大约以下的下降可长期以来研究人员一直在研究和电导率有关的“”用晶界处的介质砖墙模型的本征死
6、层效应,。,晶界效应特别是固态离子化合物然而随着对纳‘。,叮来解释根据计算,米尺寸现象研究的深人晶界和样品厚度效应变得。。,。。。。厚的低电容率层的值接近通过高日益重要界面的导电性是一种复杂的现象尽管,。分辨率观察晶界处没有次级相本征死层可,,晶界同时阻碍电流的传输而且与晶粒本身相比晶以用微粒和薄膜表面附近的偶极相互作用的局部场界处离子,电子电导率的比率也许不同但电导率‘。’。,理论解释此外等还发现相变温度不依的提高与界面有关。理论上,很早就得出结论,表明赖于晶粒大小了所用的材料的纯度,试样厚度或晶粒尺寸不大,那
7、假如与德拜长度相比。,高对比细晶块状陶瓷相同平均晶粒尺寸的伍,么空间电荷区域就会发生干扰电荷可以完全穿过。薄膜的电容率明显要低得多图助这可以用本征,「‘〕。工。试样电导率因此得到提高最近在纳、、。死层效应应力效应薄膜内微结构的影响和化学计米复合材料中就观察到这种电导率提高的现象实。量比的影响等综合解释。〕验表明在界面上会产生叠层层错的界面结构这期张道礼等电子陶瓷材料的纳米尺寸效应和纳米技术卜八」,一,、丫一一一,》一,哥。一,‘“山甲人一砚、们拼·盆几、￡淤嗽‘,一,宜,’〔八〔〕一一尸右尸,认,一、‘一「一飞,
8、、、一、℃一飞‘‘奋飞【丘,、‘。州一。一碱一,一,,。,二▲”〕图块状陶瓷及薄膜材料电容率与晶粒尺寸的关系另一类可用纳米尺寸效应解释其不寻常特性的。,氧化物材料是铁电弛豫体从年代初内于弛豫一妇国扮︸﹃卜口招阅日︺。﹄体的大而无电滞的电致伸缩应变可用于执行器,弛一。豫体吸引了科学界和工业界的兴趣由于它们在一气个很宽的温度范围内都具有大电容率且烧结温度相不彩一对低℃,因此也
