巨介電CaCu3Ti4O12陶瓷的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究.pdf

1、CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷材料具有很高的介電常數(shù)，在電容器的小型化方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。然而CCTO陶瓷材料的研究中還存在一些問題，如介電損耗較大，巨介電常數(shù)的機(jī)理仍有不明之處。為此，本研究采用不同的摻雜量、不同離子尺寸和不同價(jià)態(tài)的稀土離子對CCTO陶瓷的A位和B位進(jìn)行摻雜，利用正電子煙沒技術(shù)研究了摻雜引起的缺陷及其對CCTO介電性能的影響。
　　首先，研究了Lu3+對CCTO的A位Ca2+的摻雜效應(yīng)。通過改變摻雜量，調(diào)

2、控其缺陷濃度，正電子煙沒測試顯示出材料內(nèi)部缺陷隨摻雜量的變化，發(fā)現(xiàn)隨摻雜量的增大，陽離子空位濃度升高；當(dāng)空位濃度達(dá)到7.9×1022m-3左右后，內(nèi)部勢皇層電容器（IBLC）模型的晶界效應(yīng)不能解釋其介電常數(shù)隨摻雜量的變化，需要利用缺陷極化效應(yīng)解釋其高介電行為，并且通過控制缺陷濃度能夠改變CCTO的介電性能。
　　其次，控制摻雜濃度在IBLC模型適用的量下，研究了摻雜離子半徑對CCTO缺陷、微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)摻雜離子半徑

3、影響晶界處富銅相的析出，而缺陷濃度的變化能夠反映出該析出量的變化。結(jié)果表明：材料內(nèi)部的缺陷濃度隨摻雜離子半徑減小而下降，同時(shí)晶界處析出的富銅相依次減小，相應(yīng)的平均晶粒尺寸和介電常數(shù)也依次減小。摻雜后，介電損耗明顯下降，而介電常數(shù)仍保持在103以上。
　　文中還選取Y3+，Zr4+，Ta5+部分取代Ti4+，研究了摻雜離子價(jià)態(tài)對CCTO性能的影響。借助正電子煙沒技術(shù)識別出材料內(nèi)部缺陷的變化特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)施主Ta5+摻雜增大鈦陽離子空位，

4、抑制晶粒生長，降低介電常數(shù)和損耗；受主Y3+摻雜增大銅空位，促進(jìn)晶界處富銅相的析出，有利于晶粒的生長，提高材料的介電常數(shù)。等價(jià)Zr4+替代對缺陷狀況和微觀結(jié)構(gòu)影響較小，材料的介電性能無明顯變化。
　　為了進(jìn)一步降低CCTO的介電損耗，選用低介電損耗的SrTiO3對CCTO進(jìn)行復(fù)合。發(fā)現(xiàn)適量的SrTiO3復(fù)合后，Sr2+進(jìn)入CCTO晶格，TiO2和富銅相形成的低熔點(diǎn)液相促進(jìn)晶粒的生長，提高了材料的介電常數(shù)，并維持低頻的介電損耗不變，