铋系化合物改性的新型三元弛豫铁电体的性能研究

摘要

钛酸钡(BaTiO_(3))陶瓷作为传统的介质电容器材料,其强铁电性会导致储能密度低下,但通过掺杂可以削弱铁电性来获得弛豫铁电体,提高储能性能。利用铋系化合物可增强弛豫特性,本文设计了BiScO_(3)和(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)取代改性的BaTiO_(3)基三元陶瓷材料:(0.99-x)Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_(3)-x(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)-0.01BiScO_(3)(缩写为BZT-xSBT-BS)。采用传统固相法制备的BZT-xSBT-BS陶瓷,相结构没有因为掺杂发生改变,在室温下均为纯的三方相钙钛矿结构。介电和铁电的测试与分析表明,BZT-xSBT-BS陶瓷具有典型的弛豫铁电特性。由于不等价离子Sr^(2+)、Bi^(3+)的掺杂导致界面松弛极化,可以增大BZT-xSBT-BS陶瓷的介电常数,但是受制于其慢的响应速度,陶瓷的介电损耗也显著增加。适量(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)可以提升BZT-xSBT-BS陶瓷的介电、铁电、应变和储能性能,x=0.015时的BZT-xSBT-BS陶瓷的综合性能较优:ε_(r)~10372,tanδ~0.019,P_(max)=16.42μC/cm^(2),E_(c)=1.41 kV/cm,S^(+)_(max)=0.12%(@40 kV/cm),W_(D)=0.181 J/cm^(3),η=80.4%(@60 kV/cm)。