非化学计量比CaCu3Ti4O12陶瓷及掺杂特性研究

摘要

CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷材料由于其高介电常数、高温度稳定性在大容量电容器、动态随机存储器等领域有着广泛的应用前景。但目前 CCTO陶瓷材料主要存在两方面的问题：一方面，CCTO陶瓷的介电常数随配方及工艺差别较大，甚至可达数量级的差异，可重复性差；另一方面，CCTO的介电损耗较大。因此，提高CCTO的介电常数和可重复性，同时降低其介电损耗非常必要。
　　在提高CCTO的介电常数和可重复性方面，本文拟通过在固相球磨时改变Ca、Cu、Ti元素的不同配比，首先找出单一元素偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响规律，进而找出Ca和Ti、Ca和Cu、Cu和Ti同时偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响规律。研究表明，Ca、Cu和Ti偏离化学计量比对CCTO的介电性能影响规律不同，Cu不足以及Ti不足时都存在介电常数的反常现象。研究结果还表明，当Ca、Cu、Ti的原子摩尔比为1.08：3.00：4.44时，其相对介电常数在1KHz下达到4×105，介电常数比标准化学计量比的CCTO陶瓷提高了一个数量级。其高介电常数来源于大的颗粒尺度和薄的晶界层的贡献，支持IBLC(internal barrier layer capacitance)模型。
　　在降低 CCTO的介电损耗方面，本文通过在获得特高介电常数成分配方及烧成工艺的基础上，对非化学计量比的CCTO陶瓷的晶界及颗粒边界掺杂不同剂量的高绝缘LTCC玻璃以及纳米SiO2粉，研究其对降低介电损耗特别是漏导损耗的影响。研究表明，高绝缘玻璃掺杂不仅有助于加快固相反应，降低烧结温度，而且，明显有助于提高晶界和颗粒边界电阻，降低漏导损耗。研究结果还表明，当CCTO原料偏离化学计量比且CuO微过量时掺杂某一剂量的纳米SiO2粉，获得的CCTO陶瓷观察到负电容效应。研究表明，CCTO陶瓷中的负电容效应与Sandoval等在发光二极管中 P-N结上观察到的负电容效应有本质不同。其负电容效应并不是来自于电流-电压的相位变化，而是来自于电容谐振。特别地，CCTO在低频段发现的负电容效应，为我们在特定频段利用电容代替电感提供了可能。

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第一章 绪论

1.1 电介质材料

1.2 高介电CaCu3Ti4O12(CCTO)材料

1.3 本文的研究思路及意义

第二章 CCTO的制备及烧成工艺

2.1 CCTO的固相反应法

2.2 CCTO的预烧工艺

2.3 CCTO的烧结工艺

2.4 CCTO的分析表征与介电性能测试

2.5 本章小结

第三章 非化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.1 Ca偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.2 Cu偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.3 Ti偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.4 Ca和Ti偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.5 Ca和Cu偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.6 Cu和Ti偏离化学计量比对CCTO介电性能的影响

3.7 本章小结

第四章 CCTO应用于LTCC研究

4.1 CCTO掺玻璃的研究

4.2 CCTO掺SiO2的研究

4.3 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果