非线性可调锡钛酸钡钙陶瓷的介电性能和铁电相变

摘要

电场可调介电材料因为在电可调振荡器、电可调滤波器以及移相器等电子元件中的重要应用而得到广泛的关注和研究。电场可调介电材料需要有尽可能高的介电常数电场可调度(=[ε(0)-ε(E)]/ε(0))，同时还要有尽可能低的介电损耗。目前有关研究主要集中于SrTiO3、(Ba,Sr)TiO3、Ba(Zr,Ti)O3等钙钛矿结构材料。为了寻求电场可调介电新材料，本论文的主要工作即是以BaTiO3陶瓷为基体进行A位和B位同时等价置换改性：在钙Ca元素置换A位的钡(Ba)离子的同时以锡Sn元素置换B位的钛(Ti)离子。通过低损耗的顺电相CaTiO3固溶和Sn4+移峰作用来调整其结构，以期达到室温前后较大的温度区间内具有较高的可调度。 (Ba1-xCax)(Ti1-ySny)O3(x=0.05，0.1，y=0.05、0.10、0.15和0.20)陶瓷均为立方钙钛矿结构。当x=0.05、0.01时，随着Sn含量(y)的增加，介电常数和介电损耗的峰值都向低温移动，基本满足一个线性递减的关系。对于(Ba0.95Ca0.05)(Ti1-ySny)O3和(Ba0.95Ca0.05)(Ti1-ySny)O3来说，随着Sn含量的增加，在各个成分的居里温度处的εm值都先增大再减小。Ca的加入BaTiO3材料的居里温度改变不明显。少量的Ca的引入还会提高室温附近的介电常数，降低介电损耗。Ca元素与Sn元素的协同置换产生的非线性规律，使得(Ba1-xCax)(Ti1-ySny)O3各个成分的居里峰更移向室温附近。 (Ba0.95Ca0.05)(Ti1-ySny)陶瓷有着显著的非线性介电行为。当y=0.15时，在较小的直流偏压下(2.0kV/cm)，10kHz下的电场可调度最大可达到35.4％。室温下也可达到24.1％，并且在接近室温的很大范围内保持在20％以上。当测试的频率为100kHZ和1MHz时，介电可调度达到很大值，室温下在40％-50％间。而且，随着电场变化介电可调度保持相当的稳定，在电场可调元件中具有很大的潜在实用价值。通过调整Ca的含量对锡钛酸钡钙陶瓷进行改性，使得各个成分的居里峰更移向室温附近。根据Devonshire唯象理论和已得出的研究结果可以预测，(Ba0.9Ca0.1)(Ti1-ySny)O3(y=0.05、0.10、0.15和0.20)陶瓷在室温附近将会取得更高的介电可调度。 Sn的置换使得基体BaTiO3材料从正常铁电体变化为弛豫铁电体，并且弛豫特性随Sn元素含量的增大而愈发强烈。当Sn含量相同时，随着Ca含量的增多，相变的弥散程度也会增强了很多，具有宽化和较高的介电峰，有利提高室温下介电可调度和温度稳定系数。

目录

摘要

第一章前言

第二章(Ba0.95Ca0.05)(Ti1-ySny)O3陶瓷介电可调性能

第三章(Ba0.9Ca0.1)(Ti1-ySny)O3的介电性能

第四章总结

作者攻读硕士学位期间学术论文清单

致谢