钛酸锶陶瓷材料制备方法的进展

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1、钛酸锶陶瓷材料钛酸锶作为重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体,可作为介电材料和光电材料。　钛酸锶(SrTiO3)是一种立方钙钛矿型复合氧化物,在室温下,满足化学计量比的钛酸锶晶体是绝缘体,但在强制还原或搀杂施主金属离子的情况下可以实现半导化。钛酸锶是重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体。,有稳定的电滞性质。在高温超导薄膜、催化、高温固体氧化物燃料电池、电极材料、电化学传感器、氧化物薄膜衬底材料、特殊光学窗口及高质量的溅射靶材等方面应用广泛,可作为介电材料

2、和光电材料,用来制造高压陶瓷电容器、PTC热敏电阻、晶界层电容器(GrainBoundaryLayerCapacitor,简称GBLC)、电子元件、光催化电极材料,制造既有电容器功能又有吸收浪涌的压敏电阻器等,它们都具有高性能、高可靠性、体积小等优点。并且与钛酸钡材料相比,还具有介电损耗低、温度稳定性好,高耐电压强度等优点。钛酸锶的物理特性：室温下，SrTiO3属于立方晶系，空间群Pm3m，禁带宽度约为3．2eV，a=b=c=0.39051nm，===90。是一种典型的AB03型钙钛矿型复合氧化物。许多文献报道钛酸锶的居里温度TC=106K,当T

3、立方相转变为四方相。SrTi03晶体中，大的阳离子Sr2+位于简立方原胞的顶上，小的阳离子Ti4+位于体心，阴离子02-位于面心。这样的结构亦可看作是氧八面体顶角相连的网络，较小的阳离子填充氧八面体空位，较大的阳离子填充十二面体空位，如图1-1所示。而SrTi03的晶界结构如图1-2所示，由图可看出，SrTi03晶界上有很多偏离空间电荷区域(SpaceChargeRegion)的正电荷。对于产生正电荷的原因，J．C_．verbiinger认为可能是因为晶界表面有很多钛原子(由偏析引起)，而这些钛原子没能很好地与氧原子结合，即钛原子的核电荷没有被中和，最终结果便是在

4、晶界上产生了正电荷。该晶界模型能很好地解释SrTi03经掺杂后，其晶粒直径减小。比如，受主掺杂的原子，它们能很顺利地插入到空间电荷区域(空间电荷区域同时会阻止它们进入晶界内部)，形成一中间晶界层，并同时会中和一部分晶界表面的正电荷，使空间区域收缩，因而晶粒直径减小。实验研究现状：：第一是SrTi03粉体的制备工艺研究；第二是SrTi03的结构性能、形成机理及动力学研究；第三是SrTi03基系列掺杂物的结构与性能研究；第四是以SrTi03为载体的超导研究。是基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波超软赝势方法。计算结果表明：SrTi03是一种间接禁带半导体

5、，其价带顶位于布里渊区内的R点，导带底位于r点。Mulliken布局分析、态密度、差分电荷密度分析均表明，Ti原子与O原子形成的是共价成分较高的共价键，而Sr原子与O原子形成的是离子键。3月31不同掺杂物对SrTiO3晶相的影响（采用溶胶-凝胶法进行掺杂）以金属离子为掺杂物（设计分子式为：SrxAyTiO3，其中A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb）,所指的的样品的XRD衍射谱数据可知主要晶相是SrTiO3，有少量杂项产生。（1）采用溶胶—凝胶法进行掺杂，设计分子式为SrxAyTiO3(A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb），实际得到的是以SrTiO3为主相的

6、固溶体；分散开的样品颗粒近似呈球形，颗粒粒径约50nm，有团聚现象。(2)以Y2O3为掺杂物所制得的样品，颗粒分布均一，粒径约为250nm,颗粒呈六边形。（3）以为SrTiO3基体以Y2O3为掺杂物，当掺杂量为3.54%（Y%）时，样品的阻温特性曲线与纯SrTiO3的阻温特性曲线相近。（4）以SrTiO3为基体，以La2O3为掺杂物，当掺杂量为1.23%(La%)时，样品的阻温特性曲线与纯SrTiO3的阻温特性曲线接近4月1号(对SrTiO3陶瓷发光、介电和磁学性质的影响)未掺杂的STO是一种先兆性铁电体(incipientferroelectric)，或者也被称

7、为量子顺电体(quantumparaelectric)，其本身不具有发光和磁学特性。在温度低于150K时，STO中存在着一个从立方相到四方相的结构相变。由于具有较大的量子起伏效应，直到温度降至OK附近，在STO中也不能观测到铁电相的存在【l】。但是当采用一些稀土元素，例如La、Pr等替换Sr位时，可以观测到由此所产生的铁电性或者介电异常行为【2】【3】。陶瓷室温下的介电性能和频率的关系采用HP4294A阻抗分析仪进行测量，测量范围从100Hz到10MHz。室温下磁学性能的测量通过RikenBHV-55振动样品磁强计(VSM)测量，测试时所加磁场范围为-10到+10

8、kOe。E