掺杂对铋层状化合物CaBi4Ti4O15微结构的影响

摘要

铋层状化合物具有优异的铁电性能，在铁电随机存储器中有重要的应用前景，现已成为人们研究的热点课题。铋层状化合物的重要铁电性能如剩余极化强度和疲劳性能被认为是畴壁的形态以及运动在起重要的影响，而影响畴壁形态以及运动的则是氧空位。材料中的微观缺陷对其铁电性能有重要的影响。
　　 正电子湮没技术是研究材料微观缺陷的重要实验方法，其无损、灵敏度高等特点已经在材料缺陷研究中得到广泛的应用。本实验采用固相烧结反应法制备钛酸铋钙陶瓷，并对其掺杂，再用正电子湮没技术对掺杂影响材料中的缺陷进行研究。本实验得到的主要结论如下：
　　 (1)在1170℃烧结成型的CaBi4Ti4-xMxO15(M=Nb，Zr)系列样品通过扫描电镜观察显示出其特有的层片状组织形貌图，XRD衍射分析得出样品在x≤0.4时为单相组织。扫描电镜结果显示在CaBi4O15样品中掺入少量的Nb2O5和ZrO2，样品仍为单相组织，晶粒尺寸随掺杂量的增加而增大。
　　 (2)在1150℃烧结的CaBi4-xLaxTi4O15系列样品中，由样品的XRD衍射分析得出，当x≤0.4时样品基本为单相。扫面电镜图片可以看出样品在随后的掺杂时，显示出层片状组织形貌；晶粒尺寸随掺杂量的增加而增大，样品中仅有少量的第二相组织出现。
　　 (3)分析CaBi4-xLaxTi4O15系样品的正电子参数可知：当x≤0.2时，样品中缺陷的开空间减小；当x≥0.2时随着La含量的增加，样品中缺陷的开空间增大。
　　 (4)样品CaBi4Ti4-xNbxO15随着x的增加，当Nb2O5含量较低时(x≤0.2)，样品中缺陷的开空间减小；但当Nb2O5含量相对较高时(x≥0.2)，样品中缺陷的开空间随Nb2O5含量的增加而增大。
　　 (5)对CaBi4Ti4-xZrxO15样品，随着x的增加，样品中缺陷的开空间急剧增大。这是由于Zr离子半径大于Ti离子半径，当Zr离子替代Ti离子时，引起样品晶格畸变，进而使缺陷的开空间增大。