溫度穩(wěn)定型高介電材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著微電子工業(yè)和技術(shù)的快速發(fā)展,電子元器件的小型化及高集成度要求功能陶瓷材料具有高的介電常數(shù)和小的溫度變化率。目前,最常見的高介電常數(shù)陶瓷材料是鐵電體,但這類材料在相變溫度附近的介電常數(shù)變化大,溫度穩(wěn)定性差,限制了其應(yīng)用。此外,目前大多數(shù)應(yīng)用于電容器的陶瓷材料為PbTiO3-基陶瓷材料。因為氧化鉛有毒且高溫下易揮發(fā),在生產(chǎn)、制備、使用及廢棄處理中都會對環(huán)境造成極大的污染,不利于人類社會的可持續(xù)發(fā)展。所以,探索開發(fā)可應(yīng)用的溫度穩(wěn)定型無鉛高

2、介電材料是亟待解決的問題。
　　通常,通過摻雜其他的化學(xué)元素改善和提高鐵電材料的介電常數(shù)溫度穩(wěn)定性。相對于正常的鐵電體材料,弛豫鐵電體材料的介電峰相對較為彌散,溫度穩(wěn)定性較好。另外,將兩種或兩種以上的單組分陶瓷材料復(fù)合,也能夠制得可應(yīng)用于不同領(lǐng)域的高介電常數(shù)和較小的溫度變化率的材料。因此,開展對高介電常數(shù)和較小的溫度變化率的功能陶瓷材料的制備與性能研究,具有非常重要的實際應(yīng)用前景。同時,高介電常數(shù)材料的介電性能及其弛豫機(jī)制的研究是

3、材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理學(xué)的交叉點,對其研究具有極其重要的理論意義。本研究采用摻雜改性的思想,通過傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備了無鉛鈮酸鉀鈉基和鈦酸鋇基陶瓷體系:(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSr2NaNb5O15(KNN-SNN)、(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xBa2NaNb5O15(KNN-BNN)、(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xSr0.53Ba0.47Nb2O6(KNN-SBN)以及(1-x)BaTi

4、O3-xBi(Zn1/2Zr1/2)O3(BT-BZZ)。
　　通過對陶瓷體系性能的系統(tǒng)研究表明:KNN-SNN、KNN-BNN和BT-BZZ陶瓷體系隨著摻雜物含量的增加,逐漸從正常的鐵電體向弛豫鐵電體轉(zhuǎn)變;在一定的溫度范圍內(nèi),三個體系都具有較大的介電常數(shù),較低的介電損耗和較小的介電常數(shù)溫度變化率。當(dāng)x=0.1時,KNN-SNN陶瓷樣品在37-180℃的溫度范圍內(nèi),具有較高的介電常數(shù)(>1200)和較低的介電損耗(<4％)以及介電

5、常數(shù)的溫度變化率(Δε/ε37℃)在±15%以內(nèi)。當(dāng)x=0.075時,KNN-BNN陶瓷樣品在200℃到450℃的范圍內(nèi),1MHz頻率下,具有較大的介電常數(shù)(1000-1500)和較低介電損耗(<3%)且介電常數(shù)隨著溫度的變化率(Δε/ε200℃)在±15%以內(nèi)。當(dāng)x=0.07時,BT-BZZ陶瓷樣品在27～200℃的溫度范圍內(nèi)具有較大的介電常數(shù)(>2000)和較低的介電損耗(≤4%),且介電常數(shù)隨著溫度的變化率(Δε/ε27℃)在15