BaO-LnO-FeO-NbO/TaO系列钨青铜陶瓷的结构与介电性能研究

摘要

钨青铜结构复合氧化物是一类十分重要的介电材料，该材料体系被证明具有良好的组成、结构和功能特征。由于具有优异的铁电、压电、热释电、非线性光学等性能，而广泛应用于声表面波滤波器和谐振器、光波导、光调制器、红外探测器等电子元器件。
　　 本文通过氧八面体内、外阳离子的组合设计，在BaO-(La，Pr，Eu)2O3-Fe2O3-(Nb，Ta)2O5系统中进行了Ba6-pLnpFe1+p/2Nb9-p/2O30(Ln=Pr，Eu； p=1,1.5，2)系列铌酸盐陶瓷和Ba4Ln2Fe2Ta8O30(Ln=La，Pr，Eu)钽酸盐陶瓷的制备，通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、铁电测试及介电表征等测试手段研究了铌、钽酸盐的晶体结构、相变特性与介电性能以及三者之间的关系。在BaO-(Pr，Eu)2O3-Fe2O3-Nb2O5系统中设计合成了结构通式为Ba6-pLnpFe1+p/2Nb9-p/2O30(Ln=Pr，Eu； p=1,1.5，2)的六种铌酸盐化合物，所得样品均为四方钨青铜结构单相结构，具有良好的烧结性。室温下两个含Eu铌酸盐Ba4Eu2Fe2Nb8O30、Ba4.5Eu1.5Fe1.75Nb8.25O30显示为铁电相，其居里温度分别为150℃、100℃，其余4个样品为顺电相。实验结果显示Eu系铌酸盐比Pr系铌酸盐具有更高的居里温度，这类材料的居里温度大小与其Ln3+离子半径大小相关联，离子半径小的Eu系材料具有高的居里温度。该体系在高温时均出现类似的介电弛豫，这种高温弛豫在原子有序排列的Ba4Eu2Fe2Nb8O30和Ba4Eu2Fe2Nb8O30中体现的比较明显，由于介电峰随频率增大渐渐消失所以该峰不会是相变引起的，这类峰遵从Arrihenius热激发方程，运用该方程计算介电异常峰的激活能，确定了它们介电异常峰的是由氧空位的迁移引起，与钙钛矿Ba(Fe1/2Nb1/2)O3的巨介电响应类似，氧空位的出现可能是由于Fe元素在陶瓷中存在变价。在BaO-Ln2O3-Fe2O3-Ta2O5体系中设计、合成与制备了三个钽酸盐新化合物Ba4Ln2Fe2Ta8O30(Ln=La，Pr，Eu)，它们的结构与铌酸盐类似，都是四方钨青铜类型，室温下均为顺电相，在1MHz附近具有很高的温度稳定性(-22～-63ppm/℃)，较高的介电常数(87～115)以及较低的损耗(10-3)。通过Clousius-Mosotti方程从单位晶胞体积内离子极化率的角度可以很好的解释介电常数的变化规律；温度稳定性与Ln3+离子半径的变化呈线性关系。由于具有优良的介电性能，特别是很高的温度稳定性，该钽酸盐体系有望应用于温度稳定型电容器领域，具有潜在的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 前言

1.1 电介质理论基础

1.1.1 电介质主要参数

1.1.2 电介质的极化及基本形式

1.1.3 铁电体

1.2 钨青铜型介质陶瓷

1.2.1 非化学计量钨青铜

1.2.2 共生钨青铜

1.2.3 四方钨青铜

1.3 课题的提出与研究内容

第2章 BaO-Ln2O3-Fe2O3-Nb2O5(Ln=Pr，Eu)体系钨青铜陶瓷的结构与性能

2.1 前言

2.2 材料设计

2.2.1 容限因子

2.2.2 电负性

2.3 实验过程与方法

2.3.1 样品制备

2.3.2 样品性能表征

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 结构与微结构

2.4.2 介电性能评价

第3章 Ba4Ln2Fe2Ta8O30(Ln=La，Pr，Eu)温度稳定型介电陶瓷

3.1 前言

3.2 材料设计

3.2.1 容限因子

3.2.2 电负性

3.2 实验过程与方法

3.2.1 样品制备

3.2.2 样品性能表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 结构与微结构

3.3.2 铁电性能评价

3.3.3 介电性能评价

第4章 总结

致谢

参考文献

附：攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录