混合價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)與巨介電效應(yīng)關(guān)系的研究.pdf

1、具有巨介電常數(shù)的材料無論是在技術(shù)方面還是在科學(xué)研究方面都備受人們的關(guān)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(yùn)含的物理信息一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)。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(yīng)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(jié)構(gòu)材料，巨介電材料在室溫附近平穩(wěn)地保持著一個(gè)相當(dāng)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(yīng)的物理機(jī)制至今仍存爭議，最近的研究工作表明巨介電效應(yīng)與過渡金屬離子的混合價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)?；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(yīng)與混合價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
　　 首先，采用固相反應(yīng)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(jié)構(gòu)和形貌特征。在100-300K的溫度范圍內(nèi)，對樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的介電性能測試。Sr2TiMnO6樣品在測試溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)介電弛豫過程，我們的結(jié)果表明兩個(gè)弛豫均是由載流子在晶粒內(nèi)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(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生混合價(jià)結(jié)構(gòu)的原因是氧空位的電離。TG測試的結(jié)果證實(shí)Sr2TiMnO6樣品中確實(shí)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(yīng)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(yīng)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(nèi)出現(xiàn)三個(gè)介電弛豫，對應(yīng)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(gè)介電弛豫。XPS的結(jié)果證明Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12樣品中存在兩種混和價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)(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(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)。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(dǎo)