Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3电子结构第一性原理计算及光学性能研究

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3(BMN)复合钙钛矿陶瓷具有高介电常数和高品质因子等介电性能,预示了其在光学领域的应用前景.本文采用第一性原理方法计算了BMN的电子结构,对其本征光学性能进行分析和预测.对固相合成六方相BMN的XRD测试结果进行Rietveld精修(加权方差因子Rwp=6.73%,方差因子Rp=5.05%),在此基础上建立晶体结构模型并对其进行几何优化.运用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势方法,对六方相BMN晶体模型的能带、态密度和光学性质进行理论计算.结果表明BMN的能带结构为间接带隙,禁带宽度Eg=2.728 e V.Mg-O和Ba-O以离子键结合为主,Nb-O以共价键结合为主,费米面附近的能带主要由O-2p和Nb-4d态电子占据,形成了d-p轨道杂化.修正带隙后,计算了BMN沿[100]和[001]方向上的复介电函数、吸收系数和反射率等光学性质.结果表明,BMN近乎光学各向同性,在可见光区,其本征透过率为77%<T<83%,折射率为1.91<n<2.14,并伴随一定的色散现象.实验测试结果与理论计算结果相吻合.

烧结制度对Ba(Mg_(1/3)Nb(2/3))O_3陶瓷品质因子的影响

研究了烧结温度、保温时间、退火时间等工艺参数对Ba(Mg1/3 Nb2 /3 )O3 微波介质陶瓷品质因子的影响。结果表明,随着烧结温度的提高,Qf 值逐渐增加,这是由于陶瓷的相对密度和有序参数S也随烧结温度增加的结果。在15 5 0℃时,Qf 达到最大值4 95 0 0GHz。Qf 值随保温时间的增加而增加,这和B位1∶2有序度提高和晶粒尺寸增大有关。保温时间为16h时,Qf 值达到5 80 0 0GHz。退火时间对Qf 值有很大影响。随退火时间的增加,Qf 值增加很快,这主要是因为退火大大促进了B位离子的1∶2有序。当退火时间为4 8h时,Qf 值达到715 0 0GHz。

MnO2对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3微观结构和微波介电性能的影响

研究了MnO2助烧剂对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的微观结构和微波介电性能.MnO2可以有效地使Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的致密化温度由1550℃降低到1400℃左右.随MnO2掺量的增加,Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的1:2超晶格衍射峰的强度减弱,但是没有第二相出现.1400℃烧结4h陶瓷的晶粒尺寸在1.5μm左右.MnO2的掺入改善了Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的微波介电性能,MnO2掺量为1%mol的Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷具有最好的微波介电性能:εr≈31.5,Qf=68000,τf=3.11×10-5/℃,这可归功于陶瓷具有相当高的相对密度.

Ba1＋x(Mg1／3Nb2／3)O3陶瓷的烧结行为和微波介电性能

研究了A位Ba离子化学计量比变化对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷烧结行为、微观结构和微波介电性能的影响。结果表明,Ba缺量可促进Ba(Mg1/3Nb2/3)O3烧结和B位1∶2有序,而Ba过量则阻碍Ba(Mg1/3Nb2/3)O3烧结和B位1∶2有序。Ba缺量促进Ba(Mg1/3Nb2/3)O3烧结和B位1∶2有序是由于Ba缺位的存在,而Ba过量阻碍Ba(Mg1/3Nb2/3)O3烧结则是由于过量的Ba可能以游离态存在于晶界,阻碍了晶界的移动,从而降低了Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的烧结性能,抑制了致密化过程。Ba缺量对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的介电常数影响不大。Ba缺量越多,材料的Qf值越低。

类钙钛矿新铌酸盐Ba_3La_2Ti_2Nb_2O_(15)的合成、结构与介电特性

为满足现代通信技术的小型化、集成化与高可靠性的迫切要求，探索具有高介电常数、低介电损耗与低温度系数的微波介电材料引起了材料科学、化学、物理和电子学等领域科学工作者的广泛关注，并已开发出复合钙钛矿结构［Ba(Zn1/3Ta2/3)O3］和钨青铜结构［Ba6-3xLn8+2xTi18O54］等实用化的高性能材料［1～5］.

高频电介质新材料Ba_2Ti_3Nb_4O_(18)陶瓷

采用氧化物固相反应法制备了理论密度达96、8％以上的Ba2Ti3Nb4O18高频电介质陶瓷。XRD和SEM分析表明：该陶瓷为两相混合结构，主晶相为单斜Ba2Ti3Nb4O18相，次晶相为六方Ba2Ti3Nb4O21相。1250℃／2h烧结瓷体Ba2Ti4Nb4O21相的体积分数为5％-8％，1MHz下的介电性能为：εt约为38，tanδ约为1,6×10^-4，ac约为-8．51×10^-6/℃。

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3晶体组分对结构与性能的影响

用熔体Modified Bridgman法生长出尺寸直径40 mm长度80 mm的弛豫铁电单晶PMNT90/10,表明该方法不仅适合在准同型相界(MPB)附近生长PMNT单晶,也适合生长PT含量很低的PMNT单晶.在生长出的PMNT90/10晶体中,铁电相与顺电相两相共存,并呈现亚微畴结构特征.随着晶体组分由PMN组元变化到MPB组分附近,PMNT的电畴结构呈现微畴-亚微畴- 不规则宏畴-规则宏畴演化系列,而介电弛豫特性则逐步弱化.PMNT固熔体的电学性能依赖于晶体组分,(001)切型PMSNT90/10晶体的压电常数d33约80 pC/N,显著低于MPB附近组分,但其介电常数ε达到12600,明显高于后者.

用8-羟基喹啉(oxine)制备Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3粉体

本文对用８羟基喹啉（ｏｘｉｎｅ）为螯合剂来制备Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３（ＢＭＴ）粉料进行了研究。就ｏｘｉｎｅ的加入量，ｐＨ值的改变对生成钽镁沉淀的产率及其粉料性能的影响进行了研究比较。结果表明：当ｏｘｉｎｅ的加入量大于ＭｇＴａ２Ｏ６摩尔数的３倍，ｐＨ值保持在１０左右时制得的钽镁粉料较为理想，其比表面积达３２ｍ２／ｇ，与ＢａＣＯ３混合后烧结温度比用传统制备法降低１８０～２５０℃。

(1-y)Ca_(1-x)La_(2x/3)TiO_3-yCa(Mg_(1/3) Nb_(2/3))O_3系陶瓷的缺位结构与微波介电性能研究

采用固相合成法制备了 (1-y)Ca1 -xLa2x 3TiO3-yCa(Mg1 3Nb2 3)O3系列固溶体陶瓷材料 ,研究了该体系微波介电性能与微观结构的关系。研究结果表明 :当体系组成为 0 .5Ca0 .6 La0 .2 6 7TiO3 0 .5Ca(Mg1 3Nb2 3)O3时 ,在 14 0 0°C下烧结保温 4小时所得到材料的微波介电性能最佳 :εr=5 5 ,Q×f值 =4 5 0 0 0GHz(7.6GHz下 ) ,τf=0 .0 4× 10 - 6 °C。同时还探讨了三价阳离子La3+ 固溶时产生的A点缺陷VCa2 + 对固溶体结构及微波介电性能的影响。

类钙钛矿新铌酸盐Ba_5NdTi_2Nb_3O_(18)的合成、结构与介电特性

为满足现代通信技术的小型化、集成化与高可靠性的迫切要求,探索具有高介电常数、低介电损耗与低温度系数的微波介电材料引起了材料科学、化学、物理、电子等领域科学工作者的广泛关注,并已开发出复合钙钛矿结构Ba(Zn1/3Ta2/3)O3、钨青铜结构Ba6-3xLn8+2xTi18O54等实用化的高性能材料[1-5].

共沉淀法制备Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3陶瓷的研究

对用化学共沉淀法制备Ｂａ （Ｍｇ１／３Ｔａ２／３） Ｏ３ （ＢＭＴ） 陶瓷及其烧结特性进行了研究。结果表明其烧结温度比用传统方法降低了１８０～２５０℃。在１ ４００℃时获得了致密的陶瓷，其体积密度达理论密度的９６％ ，晶粒排列紧密，介电特性：Ｑ×ｆ＝ ６５ ０００ ＧＨｚ，εｒ＝ ２３～２５，在ｆ＝ １０ＧＨｚ，ｔ＝ － ２０～＋ ６０℃时τｆ ＝ （０～３）×１０－ ６℃－ １。

Sn含量对PbSnO3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3三元系压电陶瓷相结构和电性能的影响

采用两步钶铁矿前驱体工艺制备了PbSnO3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PSn-PMN-PT） 三元系压电陶瓷, 研究了Sn含量的变化对PSn-PMN-PT 三元系压电陶瓷结构和性能的影响。XRD结果表明, 所选成分均处于三方相和四方相共存的准同型相界上, 当Sn含量减少时, PSn-PMN-PT的XRD图谱基本没有发生变化, 而当Sn含量增加时, 在XRD图谱中逐渐出现烧绿石相。电性能研究表明, 缺失少量Sn可以提高PSn-PMN-PT的压电、介电和铁电性能, 减小损耗; 而添加过量Sn明显损害其压电和铁电性能, 增加损耗。缺失0.2mol%Sn的PSn-PMN-PT具有最佳的压电和铁电性能, d33： -530 pC/N, kp： -56.4%, Qm： -570, εr： -3070, tanδ： -0.32%, Pr： -28.9 μC/cm2, EC： -8 kV/cm。

BaSnO_3纳米粉改性Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3介质陶瓷的研究

以BaSnO3纳米粉体作为添加剂制备(1-x)B a(M g1/3T a2/3)O3-xB aSnO3陶瓷,并与以SnO2为起始原料直接合成的BM T-BS陶瓷作了对比研究。当x(Sn)=12%时,两种工艺在1 500°C保温4 h均能使材料烧结致密。不同的工艺对材料介电常数(rε)和谐振频率温度系数(fτ)的影响没有明显差异,但掺杂B aSnO3纳米粉体的试样具有明显较高的品质因数(Q),该材料的微波介电性能为:rε=24.6,fτ≈0.8×1-0 6/°C,Q×f≈2.24×105GH z。

以SiO_2/Si为衬底的Ba_(1-x)La_xNb_yTi_(1-y)O_3薄膜的敏感特性(英文)

通过离子束溅射技术淀积在SiO2 /Si衬底上的钛酸镧钡铌膜 (Ba1-xLaxNbyTi1- yO3) ,制成集薄膜电阻和金属 -绝缘体 -半导体 (MIS)电容为一体的传感器 .实验结果表明 ,薄膜电阻在 30 3～ 6 73K温度范围内对可见光和热具有良好的灵敏特性 ,同时MIS电容对相对湿度有很高的灵敏度 .我们测试了此薄膜的光吸收特性 ,并得到了它的禁带宽度 .最后 ,我们研究了薄膜电阻的阻抗温度频率特性和频率对MIS电容湿敏特性的影响 .

合成Ba(Mg_(1/3)Na_(2/3))O_3纳米粉末的溶胶凝胶工艺与电子结构表征方法(英文)

以Na2O5作为起始物,通过热碱反应与钽离子反应,通过浓度控制,清除钠离子工艺后,得到优质Na2O5.nH2O胶体;然后与Ba,Mg醋酸盐计量混合得到凝胶,经820℃,1h热处理后,制得BMT纳米粉末,进一步烧结后得到BMN纳米陶瓷,其相致密度达到98.2%,微波介电性能Q=10397(频率1.45GHz)。运用量子化学SCF-Xα-SW法对Ba(B′1/3B′′2/3)O3复杂钙钛矿结构进行电子结构分析,计算表明离子结合强度是Ba(Mg1/3Nb2/3)O3和BaTiO3结构稳定的关键参数,BMN中B位氧离子和阳离子的结合强度远高于BaTiO3,而且BMN的非平衡力导致B位离子在某一定方向有序化排列,这种有序结构导致A(B′,B′′)O3材料比ABO3材料更具优良的介电性能,并得到实验验证。因此有助于高品质因数微波介质陶瓷的设计和制备。

Ba(Zn_((1-x)/3)Ni_(x/3)Nb_(2/3))O_3微波介质陶瓷的微观结构

本文采用传统的固相陶瓷烧结工艺,利用Ni2+取代Ba(Zn1/3Nb2/3)O3的B位Zn2+形成固溶体来研究其微观结构。XRD表明,系统的主晶相为立方钙钛矿的BZNN,并有少量第二相如Ba5Nb4O15、BaNb2O6等存在。随Ni2+含量增加,系统晶格常数a减小;而随烧结温度升高,a逐渐增大。系统在1500℃下烧结时为固相烧结;当烧结温度为1550℃时,系统由固相烧结转变为液相烧结。较低温度下烧结时,在低角度区有很微弱的1∶2有序相产生;烧结温度升高,无序相增加,有序相消失。

低温烧结0.4CaTiO_3-0.6Ca(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3介电陶瓷的实验研究

对添加H3BO3-ZnO-R(BZR)玻璃实现0.4CaTiO3-0.6Ca(Mg1/3Nb2/3)O3(0.6CMNT)介质陶瓷的低温烧结进行了系统的研究。研究结果表明,在一定BZR玻璃添加量(1m%(质量分数)～5m%(质量分数),m是比例系数,且m>0)的条件下,陶瓷的最佳烧结温度均在950℃;在950℃烧结,BZR玻璃的添加量为2m%(质量分数)时,介电常数εr=47.26976,介电损耗tanδ=0.0098;BZR玻璃的添加量为3m%(质量分数)时,介电常数为εr=47.75029,介电损耗tanδ=0.0102。并且发现,添加适量的BZR玻璃,可以促进晶粒生长,但过量则会在烧结过程中产生过多的液相,且液相扩散严重,致使部分晶粒未能充分生长,而部分晶粒却异常长大,晶粒大小不均匀,影响陶瓷的介电性能。

{110}_(cub)切型Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3单晶铁电相变的研究

测试了PMNT68/32{110}cub切型单晶的介电、压电性能和电滞回线,发现单晶铁电性能与所施加的极化电场及单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.研究结果表明,相结构的变化是引起铁电性能变化的主要原因,即在<110>取向施加电场诱导出来的正交相是本征亚稳的,它的稳定性不仅取决于所施加的极化电场大小,而且与单晶中PbTiO3含量的变化密切相关.

碱熔Nb_2O_5湿化学法合成Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3纳米粉体

以Nb2O5作为反应的起始物,采用一种新型湿化学方法制备复合钙钛矿型Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(简称PMN)纳米粉体。利用激光拉曼光谱、DSC/TG、TEM和XRD对制备的Nb-柠檬酸铵络合溶液、干凝胶粉末和PMN粉体进行了表征。研究了焙烧工艺对PMN粉体的物相组成、晶粒尺寸及相含量的影响。实验结果表明:在适宜的焙烧条件下,PMN粉体的平均粒径小于50nm,PMN相的含量大于70%。适当升高焙烧温度及延长保温时间或者采取二次焙烧均能提高钙钛矿相PMN的含量,其中采用二次焙烧的方法效果显著。

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-Mg4Nb2O9复相陶瓷微波介电性能研究

采用传统固相法制备了(1-x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-xMg4Nb2O9[(1-x)BMN-xM4N2,x=0.003~0.125]微波介质陶瓷,研究了相结构、烧结性能与介电性能随x的变化规律。结果表明:BMN与M4N2可以两相共存,且二者间存在有限固溶,BMN的烧结温度及高温稳定性有所降低。随着x的增大,介电常数εr和谐振频率温度系数τf逐渐减小,Q×f值的变化易受到BMN有序参数S的影响,高度1:2有序的x=0.026陶瓷获得了最大Q×f值125000 GHz。综合来看,在1320℃下保温4 h烧结的x=0.125样品表现出最佳的微波介电性能:εr=26.6,Q×f=111000 GHz,τf=5 ppm/℃。