BFo-SBTi復(fù)合鐵電材料的制備及性能研究.pdf

1、目前鉍系層狀鐵電材料(BLSF)是鐵電存儲器的最佳候選材料之一，尤其是以Sr2Bi4Ti5O18(SBTi5)為代表的SrmBi4Tim+3O3m+3(SBTim)鐵電材料由于較高的剩余極化強(qiáng)度、較低的矯頑場強(qiáng)和漏電流等成為非易失鐵電存儲器(NVFRAM)研究的主要材料。但其較低的居里溫度限制了高溫下的使用，因此利用摻雜取代、固溶和共生等手段對SBTi5鐵電材料進(jìn)行改性成為研究熱點(diǎn)。
　　本文用固溶的方式將SBTi5與室溫下多鐵材

2、料BiFeO3(BFO)復(fù)合，制備出xBiFeO3-(1-x) Sr2Bi4Ti5O18(SBFTi-x，x=0～0.9)系列陶瓷，發(fā)現(xiàn)隨著BFO含量增加，相比SBTi陶瓷，A、B位的Bi3+和Fe3+共摻不僅增大了晶格畸變程度，還抑制了Ti4+變價(jià)和減少了Bi元素?fù)]發(fā)，降低了氧空位濃度，使SBFTi-x陶瓷在室溫下展現(xiàn)出較高的剩余極化強(qiáng)度、較低的漏電流密度，但當(dāng)BFO組分較高時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌并伴隨第二相含量的提高。此外，隨著BFO含量的

3、提高，氧空位濃度和內(nèi)置電場的變化使得SBFTi-x陶瓷的漏電機(jī)制也由以空間限制電荷為主過渡到歐姆傳導(dǎo)機(jī)制為主，而Fe3+的存在使其展現(xiàn)出較弱的鐵磁性。
　　SBFTi-x陶瓷室溫下的介電常數(shù)受空間電荷極化影響較大，BFO的加入不僅可以提高介電常數(shù)還有效降低了介電損耗，提高了頻率穩(wěn)定性。隨BFO量的增加，引起SBFTi-x陶瓷中成分和結(jié)構(gòu)的起伏變化，形成不同相變溫度的極性微區(qū)，使其居里溫度不斷升高的同時(shí)介電峰逐漸寬化，表現(xiàn)出彌散鐵電

4、體特征。SBTi陶瓷和SBFTi陶瓷的宏觀電阻都具有負(fù)溫度系數(shù)特征，低溫下SBFTi-x陶瓷中Fe3+等導(dǎo)電離子濃度較高從而使其宏觀電阻有所降低，逐漸半導(dǎo)體化;高溫下BFO作用減弱。SBFTi-x陶瓷的宏觀電阻主要來源于晶粒的作用，并存在空間電荷極化和混合弛豫過程。
　　在低溫、高頻下，SBTi和SBFTi-x陶瓷的交流電導(dǎo)率σac交流電導(dǎo)主要源于弱束縛電荷;而在高溫、低頻時(shí)的交流電導(dǎo)主要來源于漏導(dǎo)的迅速增加，交流電導(dǎo)隨頻率的變化

5、與材料的極化機(jī)理有著密切關(guān)聯(lián)。SBFTi-x陶瓷的電導(dǎo)機(jī)制隨溫度和組分有所變化:對于SBFTi-x(x=0.1～0.7)陶瓷以及高溫段(430～480℃)的SBFTi-0.8和SBFTi-0.9陶瓷，電導(dǎo)主要是與氧空位的二級電離有關(guān);而低溫段(250～400℃)的SBFTi-0.8和SBFTi-0.9陶瓷電導(dǎo)激活能比傳統(tǒng)鐵電材料的要低，可能跟其中的Fe3+濃度高有關(guān)。
　　綜上所述，本論文過對SBFTi-x陶瓷的結(jié)構(gòu)和一系列性能研