鈮摻雜鈦酸鉍鈉鉀厚膜和陶瓷的制備及其電學(xué)性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，鐵電陶瓷和薄膜材料被廣泛的應(yīng)用于各種電子元器件中。鐵電厚膜兼具了陶瓷和薄膜的優(yōu)點(diǎn)，能很好的兼容微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)而備受人們關(guān)注。在材料的高溫應(yīng)用領(lǐng)域，大部分材料的應(yīng)用受到居里溫度(Tc)限制，從而制約了高溫電子工業(yè)的發(fā)展，因此，對較高Tc材料的探索和研究是非常必要的。本文先采用粉末溶膠法制備了 Nb摻雜的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5Ti(1-x)NbxO3(簡稱NKBTNx(x=0～7 mol％))無鉛

2、鐵電厚膜，再采用溶膠凝膠法制備了NKBTNx壓電陶瓷，對厚膜及陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　首先，采用溶膠凝膠法制備了顆粒度為納米級別的粉體顆粒，初步探索了相關(guān)工藝制度：選擇適當(dāng)?shù)年惢瘯r(shí)間(24 h)；在液相階段加入聚乙二醇(PEG)；干燥階段采用80℃水浴干燥；煅燒溫度選擇700℃；300℃進(jìn)行預(yù)碳化處理半個(gè)小時(shí)，能有效減少粉末團(tuán)聚。
　　其次，根據(jù)粉末溶膠法的原理，用旋轉(zhuǎn)涂覆工藝在Pt/Ti/S

3、iO2/Si(100)襯底上制備不同Nb含量的NKBTNx(x=0~7 mol％))厚膜，并研究了厚膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)、介電特性、漏導(dǎo)特性及鐵電特性。XRD和SEM的分析結(jié)果表明：A位摻雜K、B位摻雜Nb并沒有改變Na0.5Bi0.5TiO3的晶體結(jié)構(gòu)；Nb的最佳摻入量為5 mol％。NKBTN5鐵電厚膜具有最好的結(jié)晶度，尺寸均勻，厚膜表面光滑致密，只有少量微孔。介電頻譜測試表明，NKBTNx厚膜的Tc隨著Nb含量的增加而逐漸增加，當(dāng)x=

4、5 mol％時(shí)達(dá)到最高值(330℃)，介電常數(shù)達(dá)到最大；當(dāng)x進(jìn)一步增加時(shí)，厚膜的弛豫特性明顯增強(qiáng)。此外，NKBTN5鐵電厚膜的室溫介電常數(shù)最大，介電損耗最低(tanδ=3.8％(104 HZ))，漏電流密度最小，剩余極化值達(dá)到最大(2Pr=48.1μC/cm2)，2Ec達(dá)到最小(77.8 kV/cm)。
　　最后，采用溶膠凝膠法制備了不同Nb含量的NKBTNx(x=0～7 mol％)陶瓷，并研究了陶瓷樣品的微觀結(jié)構(gòu)和介電特性。XR

5、D和SEM的分析結(jié)果表明：用溶膠凝膠法制備的NKBTNx陶瓷樣品在950℃就能被合成，其燒結(jié)溫度明顯低于固相反應(yīng)法的合成溫度(1150℃)；室溫下此類NKBTNx陶瓷的介電常數(shù)明顯高于固相法制備的陶瓷；NKBTNx(x=0～7 mol％)陶瓷Nb摻雜量大于5 mol％時(shí)，樣品表現(xiàn)出強(qiáng)烈的弛豫特性，隨著溫度的升高，陶瓷介電常數(shù)變化率趨向于平穩(wěn)，從室溫一直保持到350℃以上，介電穩(wěn)定性明顯加強(qiáng)。溶膠凝膠法制備的NKBTNx陶瓷的鐵電性能明顯