巨介电CaCu3Ti4O12体系的微观结构对介电/压敏性能的影响

摘要

CaCu3Ti4O12（简称 CCTO）是一种典型的巨介电材料，同时又具备电流-电压的非线性特性，被认为是具有重要应用前景的电容介质候选材料。为了对其电性能进行调制并加深对其巨介电起因的理解，本论文以CCTO基陶瓷材料为研究对象，考察了不同的掺杂手段和制备条件对其微观结构以及电性能的影响。
　　一、固相反应法制备了CCTO-xSnO2(x=0-2 wt％)系列陶瓷样品，以氧化物SnO2作为第二相对CCTO进行掺杂改性研究。实验发现在选取掺杂量范围内SnO2掺杂对CCTO晶体结构影响不明显，但少量掺杂（x=0.3-0.6 wt%）能够促进CCTO晶粒长大，并有助于样品介电常数的升高。另外掺杂引起的晶界处电导性变化也是影响介电性能的重要原因，低掺杂引起晶界电阻率减小使漏电流增大，介电损耗增加。
　　二、固相反应法制备了Gd3+/Y3+离子掺杂的CCTO基系列样品，系统研究了不等价离子掺杂对CCTO微观结构与性能的影响。研究发现掺杂量x<0.05范围内两组样品保持良好的CCTO单相结构，离子掺杂引起晶格参数发生变化，对晶粒生长也起到不同程度抑制作用。正电子湮没寿命谱测试结果表明缺陷的尺寸和浓度受到掺杂量的影响。Gd3+掺杂样品中，掺杂量x=0.01时样品的介电性能和压敏性能同时得到改善；Y3+掺杂有效改善了CCTO陶瓷样品的压敏性能，其中掺杂量x=0.01时样品的非线性系数及压敏电压达到最大值。研究发现CCTO基陶瓷晶粒形貌和缺陷特征共同影响着样品内部电极化形式和晶界势垒高度，进而导致样品表现出有差异的宏观介电性能和压敏性能。
　　三、选取不同的成型压力（11-800 MPa）制备 CCTO陶瓷样品，研究成型压力对CCTO微观结构和电性能的影响。成型压力的改变引起CCTO晶格参数和晶体结构中与Ti-O键振动有关的电极化强度的微量变化。适量增加成型压力有助于烧结过程中大晶粒的生长，并有利于样品介电常数的提高。成型压力P=600-800 MPa时，CCTO的介电常数值较11MPa成型的样品提高了一个数量级；P=200 MPa时，样品的非线性系数和压敏电压达到最大值，分别为α=5.32和Eb=1620 V/c m，表明合适的成型压力有助于提高材料的晶界势垒高度，从而改善样品压敏特性。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2电介质基础理论

1.3 巨介电常数材料CaCu3Ti4O12

1.4本课题的研究内容和意义

第二章 实验材料和方法

2.1 实验所用试剂和仪器

2.2 本课题技术路线

2.3 样品结构与性能检测方法

第三章 SnO2掺杂对CaCu3Ti4O12微观结构与介电性能影响

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Gd3+/Y3+离子掺杂对CaCu3Ti4O12微结构与性能影响

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 成型压力对CaCu3Ti4O12微结构与介电/压敏性能影响

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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