钛酸钡基铁电陶瓷的介电特性和高温介电弛豫研究

摘要

钛酸钡(BaTiO3)是众多钙钛矿型(ABO3型)铁电材料的其中一种，其相变居里温度在393 K。基于其优异的介电性能、铁电性能，钛酸钡不仅被广泛地应用在许多生产领域，同时也一直是铁电材料研究的热点。所周知，通过对基质材料掺杂或者与其他材料不同比例混合形成固溶体，能够有效地、可控地改善材料的性能。本文采用传统的高温固相法制备了以钛酸钡为基质材料的一系列钛酸钡基陶瓷样品。
　　对于在钛酸钡A位掺入Sr元素得到BaxSr1-xTiO3(BST)陶瓷，我们对它的铁电、介电和高温介电弛豫进行了系统的研究。XRD结果表明所制备的BST陶瓷样品具有典型的四方结构，并且在室温条件下都能测试出良好的铁电电滞回线循环。在介电研究中，BST陶瓷出现了一个尖锐的铁电相到顺电相的相变峰，且其居里温度随着钡含量的增加而逐渐升高。随着温度的升高，在573-823 K的高温区域出现了高温介电弛豫现象。通过阻抗测试与分析，可以计算得到的弛豫活化能和电导活化能都接近于1 eV，这表明了BST陶瓷的高温介电弛豫现象和氧空位导致的离子的短程跳跃有关联。在对样品进行通氧处理后，进一步验证了BST陶瓷的高温介电弛豫现象的诱发原因就是氧空位。此外，BST陶瓷的漏电流的测试结果表明这组样品的漏电流和氧空位以及最大的颗粒尺寸的共同作用有着一定关系。
　　当用等量Bi和Na元素对钛酸钡进行A位取代，得到(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3(BNBT)陶瓷。在相变温度区域，BNBT陶瓷出现了一个弥散相变峰。由居里-外斯定律的计算结果表明，BNBT陶瓷的弥散相变的弥散程度随着钡含量的减少而越发明显。而在高温区域，BNBT表现出了负温度系数电阻行为和出现了介电弛豫现象，Arrhenius公式拟合结果表明，其弛豫现象跟氧空位有关。此外，BNBT陶瓷的漏电流的大小随着钡含量的增加而减小。
　　用Bi元素作为掺杂元素添加到(Ba0.8Sr0.2)TiO3,得到(Ba0.8Sr0.2)1-1.5xBixTiO3(BSBT)固溶体。BSBT的扫描电镜测试结果出现了样品的颗粒大小随着Bi含量的增加先增大后减小。介电研究结果表明，BSBT陶瓷所展现的弥散相变峰的弥散程度也是随着Bi含量的增加先增强后减弱。此外，在BSBT出现的高温介电异常现象中，我们认为是介电弛豫行为和弛豫强度的变化的共同作用，而且在介电异常中，其上升部分主要是样品的弛豫时间的变化所控制，而下降部分是由于电子传导的变化引起的弛豫强度的变化所控制。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 BaTiO3基陶瓷铁电材料基本概述

1．3 BaTiO3基陶瓷粉体的制备方法

1．4 BaTiO3基陶瓷的阻抗谱分析技术

1．5 陶瓷样品的测试

1．6 本文主要研究内容

第二章 BaxSr1-xTiO3陶瓷的介电特性、高温介电弛豫与漏电流研究

2．1 前言

2．2 实验步骤

2．3 BST陶瓷的XRD与SEM

2．4 BST陶瓷的铁电特性

2．5 BST陶瓷的介电特性

2．6 BST陶瓷的介电弛豫分析

2．7 BST陶瓷的漏电流研究

2．8 小结

第三章 (Na0．5Bi0．5)1-xBaxTiO3陶瓷的弥散型相变和高温介电弛豫的研究

3．1 前言

3．2 实验步骤

3．3 BNBT陶瓷的XRD和SEM

3．4 BNBT陶瓷的铁电性能与漏电流研究

3．5 BNBT陶瓷的介电性能和弥散型相变

3．6 BNBT陶瓷的高温介电弛豫

3．7 小结

第四章 (Ba0．8Sr0．2)1-1．51xBixTiO3陶瓷的弥散相变和高温介电异常的研究

4．1 前言

4．2 实验步骤

4．3 BSBT陶瓷的XRD和SEM

4．4 BSBT陶瓷的介电性能和弥散型相变

4．5 BSBT陶瓷的高温介电异常

4．6 小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

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致谢