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。

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℃。

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。

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。

Al_2O_3颗粒级配对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al_2O_3系LTCC材料性能的影响

以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O系玻璃和D_(50)分别为0.83μm与3.49μm的Al_2O_3粉料为原料,采用低温烧结法制备了玻璃/Al_2O_3系介电陶瓷材料。设计将两种氧化铝按一定配比混合以优化氧化铝颗粒级配,研究了氧化铝颗粒级配和烧成温度对玻璃/Al_2O_3材料的烧结性能、介电性能和力学性能的影响。随着氧化铝颗粒级配的优化,玻璃/Al_2O_3材料的收缩率、体积密度、相对介电常数、抗弯强度增加,而介电损耗减小。添加D_(50)为2.81μm的Al_2O_3混合粉料的玻璃/Al_2O_3材料于875℃烧结良好,显示出优异的性能:体积密度为3.09 g/cm^3,相对介电常数7.78,介电损耗0.53×10^(-3)(于10 MHz下测试),抗弯强度为181 MPa,因此该体系材料比较适合用作LTCC封装材料。

不同氧化物对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/氧化物材料性能的影响

实验设计Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃分别与Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2复合,通过调控Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/氧化物组成,低温烧结制备玻璃复合氧化物材料,重点研究了玻璃/氧化物材料的烧结性能与介电性能。研究结果表明,氧化物种类对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/氧化物材料的烧结性能、热性能、介电性能有较大影响,Al2O3有利于促进玻璃/氧化物材料烧结致密,SiO2可以用于降低该体系介电陶瓷材料的介电常数。Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al2O3材料于875℃烧结试样的综合性能最好,其体积密度为3.10 g.cm^-3,10 MHz下介电常数为8.03,介电损耗为0.0005,基本可以达到LTCC材料的使用要求。

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。

红色长余辉材料Y_2O_2S:Eu,Si,M(M=Mg,Ca,Sr,Ba)的制备及发光性能

采用高温固相法合成了红色长余辉材料Y2O2S:Eu,Si,M(M=Mg,Ca,Sr,Ba),利用X晶体衍射、发光光谱、热释光测量等对材料的性能进行了表征。结果分析表明:Y2O2S:Eu,Si,M(M=Mg,Ca,Sr,Ba)长余辉材料的最大荧光发射和余辉发射峰完全一致都位于627nm,产生红光发射,是典型的Eu3+离子的5D0-7F2跃迁。激发停止后,能够产生较好的余辉性能。碱土金属离子能够增强其荧光发射峰强度并对余辉性能有一定促进作用,其中以Mg2+最好,其次是Ba2+。

液相包覆法合成Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3超细粉体

以水合五氧化二钽(Ta2O5·nH2O)纳米胶粒为活性固相基体,柠檬酸镁、柠檬酸钡混合溶液为包覆相,采用液相包覆-界面反应的方法制备Ba(Mg1/3Ta2/3)O3超细粉体.利用热失重-差热分析、X射线衍射及透射电镜等手段对产物的合成过程与结构形态进行了分析表征.研究表明以该方法能够在800℃下合成出成分均一、纯度较高、具有良好烧结活性的BMT超细粉体,产物粒子的形态接近球形,粒径分布窄,大约为20～30nm.

Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/α-Al2O3生瓷带结构优化设计与性能研究

以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃与α-Al2O3为原料,通过调控分散剂的种类及含量、增塑剂与粘结剂的有机配比,以提高玻璃/α-Al2O3流延浆料性能,改善生瓷带结构与综合性能。重点研究了玻璃/α-Al2O3浆料的特性、生瓷带物理性能及其生坯烧结性能。研究结果表明,添加PEG、TEOA、TBP、Castor oil分散剂的Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/α-Al2O3浆料的粘度依次降低。随着Castoroil含量从1wt.%增加至4wt.%,浆料稳定性、生瓷带体积密度与拉伸强度先增加后减小。添加2wt.%Castoroil的Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/α-Al2O3生瓷带综合性能最佳,表面光滑,结构致密,其体积密度为1.94 g·cm-3,拉伸强度为1.59 MPa,且生坯烧结性能良好,使得该体系材料比较适合用作低温共烧陶瓷材料。

压制工艺对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al_2O_3材料烧结性能的影响

以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O系玻璃粉与Al_2O_3为原料,流延成型生瓷带,采用低温烧结法制备了玻璃/陶瓷系介电陶瓷材料。研究了压制工艺与烧成温度对复合材料烧结性能以及介电性能的影响。结果表明,随着成型压力增加与保压时间延长,生坯体积密度增加,相应烧结体的体积密度增加,烧成收缩率减小。玻璃/Al_2O_3生瓷带的微观形貌结构致密,20 MPa/10 min成型玻璃/Al_2O_3材料于850℃烧结具有较好的性能:体积密度为3.10 g·cm^(–3),10 MHz下的介电常数为7.97,介电损耗为0.000 86。因此该体系材料比较适合用作低温共烧陶瓷材料。

弛豫铁电陶瓷Ba(Mg,Nb)O_3的制备及性能研究

采用传统陶瓷烧结方法,在空气气氛下烧结制得Ba(Mg,Nb)O3(BMN)陶瓷,并分析了烧结温度对体系相组成及相结构的影响。X射线衍射(XRD)研究表明,随着烧结时间的增加,体系中钙钛矿相也相应增加。红外(FTIR)研究研究表明结构无序的BMN钙钛矿相中部分的区域出现了结构有序现象。通过X射线光电子能谱(XPS)可以发现,随着烧结温度的增加,体系中Nb2O5进入Ba(Mg1/3,Nb2/3)O3晶格。微波介电性能表明,随着烧结温度的增加,Ba(Mg,Nb)O3的rε和Qf值有逐渐增加的趋势。

Ca(Ⅱ)、Sr(Ⅱ)、Ba(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)MTB的极谱波的研究及分析应用

在0.015mol/L的NaOH溶液中Ca(Ⅱ)、Sr(Ⅱ)、Ba(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)MTB体系能够产生一灵敏的极谱吸附波,其峰电位为-1.04V(vs,SCE),Ca(Ⅱ)、Sr(Ⅱ)、Ba(Ⅱ)的检出限为7.5×10-7mol/L,Mg(Ⅱ)的检出限为3.0×10-6mol/L。研究了电极反应机理,并用建立的方法成功地测定了BaSO、SrSO的溶度积及自来水中Ca2+的含量。

用ESR法研究M(OH)_2(M=Mg,Ca,Sr,Ba)与V_2O_5焙烧过程中的固相反应

通过ESR研究结果发现V2 O5在焙烧过程中可以失去晶氧 ,生成V4 + ;当加入一定量的Mg2 + ,Ca2 + ,Sr2 + 和Ba2 + 时 ,促进了这一反应的进行 .

(Na2O+K2O)对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al2O3材料性能的影响

实验以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃和Al2O3粉料为原料,设计玻璃中(Na2O+K2O)含量分别为0、2%、4%、8%的优化玻璃组成,800~950℃低温烧结得到LTCC材料。研究结果表明:随着(Na2O+K2O)含量升高,Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O系玻璃/Al2O3烧结体的体积密度与介电常数逐渐增加,烧结体气孔率随之减小,介电损耗出现先减小后增加的趋势。添加2%(Na2O+K2O)的Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al2O3材料,在875℃烧结试样显示出优异性能。

PVB对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al2O3材料性能的影响

以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃和Al2O3为原料,加入流延剂后流延成型生瓷带,采用低温烧结法制备了玻璃/Al2O3系介电陶瓷材料。设计添加PVB粘结剂与KH-570型硅烷偶联剂协同优化流延工艺,重点研究了PVB粘结剂对浆料特性、生瓷带性能以及生坯烧结性能的影响。随着PVB相对分子量降低,浆料固含量增加,生瓷带体积密度增加,拉伸强度与断裂伸长率逐渐降低。PVB粘结剂中的PVB、PVA、PVAc基团在溶剂中溶解,产生一定粘度,使玻璃/Al2O3浆料具备合适流延的粘度。添加PVB-5s的玻璃/Al2O3浆料的固含量为67 wt%,相应生瓷带体积密度为1.92 g·cm^-3,拉伸强度为1.42MPa,生瓷带表面光滑致密,生坯于850℃烧结良好,烧结体微观结构致密,介电性能优良,因此该体系材料比较适合用作低温共烧陶瓷材料。

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/℃。