Ti掺杂NiZn铁氧体介电与磁性质研究

摘要

软磁铁氧体材料是应用广泛的一类电子功能材料，在实际研究与应用中都是注重它的磁性能。实际上软磁铁氧体材料既是磁介质，也是电介质，而后者在研究与应用中被忽略了，一般只作为磁性材料的一个次要性质进行研究。软磁材料本身就是一个性能优良的磁介质材料，如果它也具有良好的介电性，在电子领域的应用前景将是巨大的，不仅可以基于它构建磁性器件，也可以设计介电器件。如果能从材料的角度出发，开发一种新型的磁电复合材料，使其同时具有电容和电感的功能，则可为解决电子组件向小型化、高性能和高可靠性方向发展提供一种可能的途径。但从目前的研究结果来看，对软磁材料的介电性质的研究显然不够深入与系统，而且要达到应用的水平，它的介电性质还有待于进一步改善与提高，同时对影响介电材料介电性质的主要因素及产生介电性质的物理机制也需要有深入的了解。
　　 本文采用传统的固相反应法制备了Ni0.2Zn0.8Fe2-xTixO4(x=0,0.05，0.1，0.2，0.4)和Ni0.4Zn0.6Fe1.95Ti0.05O4等材料，并通过X射线衍射仪研究了掺Ti对NiZn铁氧体的晶体结构影响，同时使用Wayne Kerr6500B型精密阻抗分析仪对陶瓷样品进行了介电性能的测试，特别研究了低温环境对材料介电性能的影响，使用AV3691射频阻抗/材料分析仪研究了材料在射频段的介电性质，使用BH分析仪对材料的磁学性质进行了研究。
　　 XRD衍射结果分析表明：只有当烧结温度高于1265℃时，Ti才能充分进入晶格内并部分替代Fe离子，并且发现随着名义组分Ni0.4Zn0.6Fe2-xTixO4中Ti离子含量增大，样品中的杂相成分变的越来越多。
　　 Wayne Kerr6500B型精密阻抗分析仪测试结果分析表明：样品中Ni离子与Zn离子比例的改变对样品的介电常数及介电损耗都产生了影响。样品中Ni离子的减少增加了样品的介电常数，但同时也会增加样品的介电损耗，但当频率在5000Hz以后，样品中Ni离子与Zn离子比例的改变对样品的介电损耗的影响讲变的微弱，为了提高材料介电性能和降低介电损耗，样品中Ni离子的比例应维持在一个较小的范围。
　　 低温环境对材料介电性能影响的研究表明：低温下的固有偶极矩的转动会被冻结，从而对介电常数没有贡献，当温度升高后，固有偶极矩在热激发作用下可以转动了，对应的介电常数增大，同时材料的损耗角正切也会产生一个明显的弛豫损耗峰。而且随着测试频率的升高，对应的固有偶极矩发生转动所需要的能量增大，所以介电常数增大和介电损耗角正切弛豫损耗峰向高温区移动。
　　 AV3691的测试结果表明：掺Ti对Ni0.2Zn0.8Fe2O4样品的介电常数及介电损耗都产生了影响。Ti掺入能够提高Ni0.2Zn0.8Fe2O4样品的介电常数和降低介电损耗，但随着Ti掺量的增加，样品的介电损耗却会增加，综合考虑提高材料介电性能和降低介电损耗的要求，应采用掺杂微量Ti离子。
　　 BH分析仪测试结果分析表明：此铁氧体材料在低磁通密度区的磁滞损耗系数比高磁通密度区更大，而发生转变所对应的磁通密度约为4mT。