CaCuTiO陶瓷的制备、介电性能及其薄膜的脉冲激光沉积

摘要

本文通过固相反应合成法、经二次预烧结(1000℃、8h)合成了CCTO单相粉末，再经高温烧结得到了较高致密度的CCTO陶瓷材料；研究了烧结工艺(烧结温度、保温时间)和CCTO中Cu含量、掺杂MgO或SiC对其结构和介电性能的影响，结果表明： 烧结温度的升高、保温时间的延长均会提高试样的致密度及晶粒大小，从而使其介电常数增大、介电损耗降低。烧结温度为1100℃时， 1MHz下其介电常数及介电损耗分别为6030、0.317；保温72h的试样， 1MHz下介电常数、介电损耗分别为11880、0.250。 CCTO中Cu含量的改变、SiC的掺杂均会得到晶界处有夹杂的晶相结构，影响晶界的绝缘性，从而降低试样的介电损耗。Cu含量3.2的试样1MHz频率下为0.2974；SiC掺杂含量0.5wt％的试样1MHz条件下介电损耗为0.2351。而由于MgO会以受主掺杂的方式渗进晶格，因此对CCTO陶瓷的物相没有明显的影响，可获得晶界清晰无夹杂的晶粒结构。当MgO掺杂含量为5.0mol％El寸、1MHz条件下可将试样的介电损耗由0.3463降至0.2869。 以致密度90.2％的CCTO陶瓷为靶材，采用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)基片上沉积CCTO薄膜，通过改变薄膜的沉积温度、沉积氧压和激光能量密度等条件，利用X射线衍射方法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等结构表征方法，获得了一组优化薄膜沉积的条件。随着沉积温度的升高，CCTO薄膜的取向逐渐表现出(220)方向的择优生长趋势，晶粒大小和数量逐渐增加，晶粒形状趋于一致、排列更加紧密；CCTO薄膜的取向、微观形貌随着沉积氧压的升高会呈现先改善后退化的变化趋势，晶粒尺寸及形状也随之有相应变化；激光能量密度主要影响了薄膜的表面粗糙度及微观形貌。在沉积温度750℃、沉积氧压15Pa、激光输出能量100mJ/pulse的条件下制备出的薄膜呈现了较好的钙钛矿结构，以(220)取向为主，表面大颗粒少，致密度高，晶粒间结合紧密、大小均一。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2高介电常数材料

1.2.1电介质及介电材料

1.2.2高介电常数材料

1.3 CaCu3Ti4O12的高介电常数及其研究现状

1.3.1 CaCu3Ti4O12的晶体结构及基本性质

1.3.2 CaCu3Ti4O12的研究现状

1.4本文工作的研究内容与意义

第二章CaCu3Ti4O12的合成与烧结致密化

2.1引言

2.2实验与测试

2.2.1实验原料

2.2.2实验设计

2.2.3测试方法

2.3结果与讨论

2.3.1 CaCu3Ti4O12粉末的合成

2.3.2烧结温度对CaCu3Ti4O12陶瓷结构与性能的影响

2.3.3保温时间对CaCu3Ti4O12陶瓷结构和性能的影响

2.4小结

第三章CaCu3Ti4O12陶瓷的掺杂改性研究

3.1引言

3.2实验与测试

3.3结果与讨论

3.3.1 Cu含量对CaCu3Ti4O12结构和性能的影响

3.3.2 MgO掺杂对CaCu3Ti4O12结构和性能的影响

3.3.3 SiC掺杂对CaCu3Ti4O12结构和性能的影响

3.4小结

第四章脉冲激光沉积CaCu3Ti4O12薄膜及其结构表征

4.1引言

4.2脉冲激光沉积技术简介

4.2.1概述

4.2.2 PLD的基本原理

4.2.3 PLD技术的优缺点

4.3实验与测试

4.3.1实验过程

4.3.2测试方法

4.4结果与讨论

4.4.1基片温度对CaCu3Ti4O12薄膜结构的影响

4.4.2沉积氧压对CaCu3Ti4O12薄膜结构的影响

4.4.3激光能量密度对CaCu3TiO12薄膜结构的影响

4.5小结

第五章结论

参考文献

致谢