La掺杂对(In_(0.5)Nb_(0.5))_(0.10)Ti_(0.90)O_(2)陶瓷微观结构和介电性能的影响

In和Nb共掺杂TiO_(2)(INTO)陶瓷在100 kHz以下的巨大介电常数源于内部势垒层电容效应。根据这种电容效应,通过增加晶界对介电性能的贡献来降低其低频介电损耗。因此,将La掺杂到INTO陶瓷中,通过细化晶粒并增加晶界数量来降低陶瓷制备过程中的能耗。结果表明,La掺杂减小了INTO陶瓷的晶粒尺寸,增加了陶瓷中晶界的数量,并且陶瓷中析出LaNbTiO_(6)二次相,在陶瓷晶粒之间形成高阻态的相界,降低陶瓷的低频介电损耗,优化了陶瓷介电常数的频率稳定性。

CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷高介电性的起因机制

为了探索CaCu3Ti4O12(CCTO)高介电性的起因机制,利用固相反应工艺制备了CCTO陶瓷样品,对其电学性质进行了研究.在40 Hz～100 MHz测量范围内,其室温下的介电频谱在1 MHz附近呈现一个类Debye型弛豫,而高温介电频谱分别在1 kHz以下和1 MHz附近呈现两个类Debye型弛豫.抛除表面层的同一个样品分别溅射金电极和烧渗银电极后升温测量其介电频谱,发现低频介电弛豫对电极的金属类型高度敏感,而高频介电弛豫与电极的金属类型无关,与材料微观结构存在着密切的关系.因此推断:CCTO低频介电弛豫起源于样品与电极之间的耗尽层效应,而高频介电弛豫起源于高阻态的晶界与半导化的晶粒形成内部阻挡层电容效应.

正电子湮没研究Al、Nb共掺CaCu3Ti4O12陶瓷高介电常数机理

关于CaCu3Ti4O12陶瓷的高介电常数机理,目前广泛接受的是非本征的内阻挡层电容模型。该模型认为在多晶中元素变价、缺陷和非化学计量比等导致的半导化晶粒被绝缘晶界层,即内阻挡层所包围。其中内阻挡层的厚度对材料的介电性能影响较大,而扫描电子显微镜(SEM)测试表明样品晶界呈稀烂的果酱状,SEM难以测量晶界区域绝缘内阻挡层厚度。本文采用正电子湮没技术表征其厚度,通过对CaCu3Ti4O12陶瓷共掺不同浓度的Al、Nb(CaCu3Ti4-xAl0.5xNb0.5xO12,x=0.2%、0.5%、5.0%)改变其晶粒和晶界的微观结构,研究CaCu3Ti4O12陶瓷高介电常数机理。正电子湮没结果显示,掺杂样品符合多普勒展宽谱S参数的变化趋势与平均寿命的变化趋势一致。x=0.5%掺杂样品的介电常数最高,其平均寿命、S参数和湮没长寿命成分均最小,阻挡层最薄。实验结果验证了描述CaCu3Ti4O12陶瓷高介电常数机理的内阻挡层电容模型的预测。

NaCu_3Ti_3NbO_(12)和NaCu_3Ti_3SbO_(12)陶瓷的巨介电性质及NaCu_3Ti_3SbO_(12)陶瓷的低介电损耗特性

利用传统的固相反应工艺制备了NaCu3Ti3NbO12和NaCu3Ti3SbO12陶瓷,对它们的介电性质和晶格结构进行了研究。结果显示,两种陶瓷都存在低频介电常数高于7×103的巨介电行为;在室温或者更低温度下,两种陶瓷的介电频谱(40 Hz^110 MHz)的实部只出现一个介电弛豫,而更高温度下的介电频谱的实部则会有两个介电弛豫;XRD结果显示两种陶瓷中都含有少量的CuO第二相。这些实验结果能用CCTO陶瓷中的内阻挡层电容效应解释。NaCu3Ti3SbO12陶瓷的室温介电损耗在40 Hz到7 kHz的宽频率范围内低于0.05,并且其1 kHz的介电损耗在-50~80℃的宽温度范围内低于0.05,这对于实际应用有重要意义。

NaCu_3Ti_3Sb_(0.5)Ta_(0.5)O_(12)陶瓷的高介电性质及相关机制的研究

在不同烧结温度下,利用传统的固相反应工艺制备了一系列NaCu_3Ti_3Sb_(0.5)Ta_(0.5)O_(12)陶瓷,系统测试了它们的晶体结构、微观结构、介电性质和复阻抗谱。结果显示,所有的NaCu_3Ti_3Sb_(0.5)Ta_(0.5)O_(12)陶瓷的主相都呈现类钙钛矿结构,介电性质随烧结温度变化很大。高于1020℃烧结的陶瓷的室温相对介电常数大于3000,具有高介电性质。复阻抗谱显示,NaCu_3Ti_3Sb_(0.5)Ta_(0.5)O_(12)陶瓷的电学分布不均匀,由绝缘性的晶界和半导性的晶界组成。通过XRD和XPS测试发现,在陶瓷中观察到了CuO第二相和Cu、Ti、Sb、Ta离子的变价。因此,利用内阻挡层电容效应可以解释NaCu_3Ti_3Sb_(0.5)Ta_(0.5)O_(12)陶瓷的高介电性质。

(Na_(1/2)Bi_(1/2))Cu_3Ti_4O_(12)陶瓷的微观结构和电学性质

利用固相反应法在不同烧结温度条件下制备了一系列(Na1/2Bi1/2)Cu3Ti4O12(NBCTO)陶瓷样品,研究了它们的晶体结构、微观组织结构、介电性质和复阻抗及其随温度的变化.实验发现NBCTO陶瓷所呈现出的电学性质与CaCu3Ti4O12陶瓷相应的电学性质非常类似.烧结温度为990℃至1060℃范围的NBCTO陶瓷样品室温下的低频介电常数ε′均大于10000.随着烧结温度的提高,ε′呈现出先增大后减小的变化,晶粒尺寸展现出与介电常数相同的变化趋势.不同烧结温度条件的NBCTO陶瓷样品所呈现出的电学性质变化之间有非常大的差异,但其中也有着一些共同的特征.在40Hz至10MHz的测试频率范围内,低温和室温下的介电频谱中只能观测到一个介电弛豫,而在较高温度下则可以观察到两个介电弛豫.