复合层状Bi7Ti4 NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究

摘要

制备了Bi7Ti4NbO21,Bi4Ti3O12及Nb掺杂Bi4Ti3O12(Nb-Bi4Ti3O12,层状结构铁电陶瓷材料.结合Nb-Bi4Ti3O12的介电温谱和退极化实验结果,研究了Bi7TiNbO21的晶体结构对其介电、压电性能的影响.高分辨透射电镜结果表明,在Bi7Ti4NbO21中,沿着c轴方向,(Bi2Ti3O10)2-和(BiTiNbO7)2-两个类钙钛矿层分别与(Bi2O2,2+层叠加堆积而成.这种晶体结构决定了Bi7Ti4NbO21的介电温谱在668℃和845℃出现介电双峰.结合极化样品的退化实验分析,说明材料在这两个温度附近发生了铁电-铁电相变、铁电-顺电相变,分别是(Bi2Ti3O10)2-和(BiTiNbO7)2-层状结构发生微观结构相变的结果.在退极化过程中,由于受热时钙钛矿层内空位引起的缺陷偶极子的定向排列受到破坏,引起材料部分退极化,表现为300℃热处理后Bi7Ti4NbO21的压电活性降低了10%,显示了室温下材料的压电性能来源于自发极化的固有电偶极子和缺陷偶极子的共同贡献.