钙钛矿型Cu2Ta4O12陶瓷介电弛豫行为研究

摘要

拥有巨介电常数的电介质材料是以电子元器件的小型化和高速化为特征的微电子技术进一步升级换代的关键材料，使得巨介电常数材料成为现代化信息领域的最重要研究课题之一。CaCu3Ti4O12是一种很有潜力的巨介电材料，其介电常数在很宽的温度和频率下都能维持一个非常高而且稳定的数值，也因此吸引了众多的关注和研究。而和CaCu3Ti4O12有着相似结构和性能的Cu2Ta4O12，同样值得去研究。本文探究了Cu2Ta4O12以及相关的化合物来研究降低其介电损耗的方法，并进一步发掘了其介电性能的物理本质。
　　本文用固相烧结技术制备了CaCu3Ti4O12( CCTO)，Pr0.67Cu3Ti4O12( PCTO)，Cu3Ta2Ti2O12( CTTO)，Cu2Ta4O12( CTO)四种AC3B4O12型陶瓷。研究了在这些有不同浓度的阳离子空位的材料的相结构，得到其中四种立方结构的样品的晶胞参数分别为7.4051A，7.4195A，7.5352A和7.5352A，并通过对材料结构的分析，说明了晶胞参数随着空位浓度的增加主要是由于离子半径的关系。而对于四种材料的介电谱图以及阻抗谱图的分析，得到了四种材料的弛豫激活能分别为0.415 eV，0.414 eV，0.480 eV，0.462 eV，而对应的频率为1.11×1010 Hz，1.63×109 Hz，1.72×1011 Hz，1.13×1011 Hz；四种材料的电导激活能分别为0.363 eV，0.451 eV，0.363 eV，0.447 eV，以及他们的在400 K时的电导为0.090 S m-1，0.068 S m-1，0.049 S m-1，0.027 S m-1。通过对这些介电性能参数的分析，说明了材料的介电性能和阳离子空位浓度的关系，从而为降低介电损耗提供了一种方法。
　　同时本文使用固相烧结技术制备了Cu2Ta4O12(CTO)陶瓷，并用不同的冷却速度处理样品，得到了三种不同的样品，从而研究不同冷却对样品的介电性能的影响。在精修了样品的XRD数据之后，我们得到三种样品CTOq，CTOf和CTOs的晶胞参数分别为7.51565A，7.5256A，7.5253A，这是由于在淬火过程中，更加容易形成缺陷才导致CTOq的晶胞参数变小。对材料介电谱图，阻抗谱图和XPS图谱的分析，说明了在冷却过程中铜元素的化合价产生了变化，从而影响了材料的介电性能。
　　最后本文对Cu2Ta4O12(CTO)和Ba(Fe0.5Nb0.5)O3(BFN)两种有着相似介电性能的陶瓷材料对比，通过对其介电谱图和阻抗谱图的分析，结果表明，两种材料的高温介电弛豫行为都是由于氧空位的迁移引起，并且和频率和电导有密切关系。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2电介质基本理论

1.3巨介电常数电介质陶瓷

1.4 课题的提出及研究内容

第2章 材料的制备和测试工艺

2.1 电子陶瓷材料的制备工艺

2.2实验原料

2.3实验所用仪器设备

2.4 陶瓷样品的性能测试

第3章 对不同阳离子浓度AB3C4O12型陶瓷的介电性能研究

3.1 前言

3.2 样品的制备与表征

3.3 结果分析与讨论

3.4 本章小结

第4章 对不同冷却工艺的Cu2Ta4O12陶瓷的介电性能研究

4.1 前言

4.2 样品的制备与表征

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 对不同结构的巨介电陶瓷的介电性能研究

5.1 前言

5.2 样品的制备与表征

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

作者简历

致谢