混合價態(tài)結構與巨介電效應關系的研究.pdf

1、具有巨介電常數(shù)的材料無論是在技術方面還是在科學研究方面都備受人們的關注，一方面這種材料可以廣泛地用作微電子器件材料;另一方面這種材料所蘊含的物理信息一直是科學研究的熱點。傳統(tǒng)的高介電材料是以BaTiO3為代表的鐵電體和以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3為代表的弛豫鐵電體，但這類材料的介電性能溫度穩(wěn)定性差，難以滿足應用的要求。隨著電子器件的微型化，低損耗、溫度穩(wěn)定性高的高介電常數(shù)材料倍受人們青睞。近年來出現(xiàn)的新型巨介電材料是以CaCu3T

2、i4O12為代表的類鈣鈦礦結構材料，巨介電材料在室溫附近平穩(wěn)地保持著一個相當大的介電常數(shù)值，因而引起了空前的研究熱潮。但是巨介電響應的物理機制至今仍存爭議，最近的研究工作表明巨介電效應與過渡金屬離子的混合價態(tài)結構有關?；诖?，本文以Sr2TiMnO6和Na1/2Bi/2Cu3Ti4O12兩種材料為研究對象，深入探究了巨介電效應與混合價態(tài)結構的關系。
　　 首先，采用固相反應法制備得到Sr2TiMnO6陶瓷樣品。并使用XRD和SE

3、M分析了材料的相結構和形貌特征。在100-300K的溫度范圍內，對樣品進行了系統(tǒng)的介電性能測試。Sr2TiMnO6樣品在測試溫度范圍內出現(xiàn)兩個介電弛豫過程，我們的結果表明兩個弛豫均是由載流子在晶粒內部跳躍引起的。通過XPS譜分析，Sr2TiMnO6樣品中存在Ti3+/Ti4+和Mn3+/Mn4+兩種混合價態(tài)結構，產(chǎn)生混合價結構的原因是氧空位的電離。TG測試的結果證實Sr2TiMnO6樣品中確實存在氧空位。O2和N2退火表明Sr2TiMn

4、O6樣品中存在兩種載流子:電子和空穴?？昭ㄗ韵菪纬傻呐紭O子效應引起了低溫弛豫，而電子在Ti3+和Ti4+之間的跳躍是引起高溫弛豫的原因。
　　 然后，同樣采用固相反應法制備了Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12陶瓷樣品。在制各樣品的過程中，考慮到Na和Bi的易揮發(fā)性，我們又分別制備了10％molNa2CO3過量和10％molBi2O3過量的Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12樣品。Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12樣品在

5、溫度測試范圍內出現(xiàn)三個介電弛豫，對應的弛豫激活能分別為0.104eV，0.267eV和0.365eV,在Na2CO3或Bi2O3過量的樣品中只觀察到一個介電弛豫。XPS的結果證明Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12樣品中存在兩種混和價態(tài)結構(Cu+/Cu2+和Ti3+/Ti4+)，而Na2CO3或Bi2O3過量的樣品中只存在Ti3+/Ti4+一種混合價態(tài)結構。電子在Cu+和Cu2+之間跳躍產(chǎn)生了高溫弛豫，在Ti3+/Ti4+之間跳躍導