SrBi-,4-Ti-,4-O-,15- A位摻雜及其共生結(jié)構(gòu)B位摻雜研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料SrBi4Ti4O15(SBTi)和Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15(BIT-SBTi)共生結(jié)構(gòu)為研究對象，研究A、B位摻雜對材料的晶體結(jié)構(gòu)、鐵電和介電性能的影響，分析了摻雜對材料的剩余極化和矯頑場的可能影響機制。 SBTi類鈣鈦礦層的A位含有兩種陽離子：三價的Bi3+和二價的Sr2+?；趥鹘y(tǒng)的固相燒結(jié)工藝，制備了用三價的鑭系元素離子Nd3+等價摻雜SBTi的Bi3+位樣品和用La3+不

2、等價摻雜SBTi的Sr2+位樣品，以及用ⅦB族元素W6+高價摻雜BIT-SBTi共生材料B位的樣品。用X射線衍射(XRD)對它們的晶體結(jié)構(gòu)進行了分析，發(fā)現(xiàn)摻雜基本未改變材料原來的晶體結(jié)構(gòu)，且樣品均呈隨即取向。實驗結(jié)果顯示，通過適量的Nd摻雜，樣品的鐵電性能得到明顯改善，在摻雜量為x=0.18時，2Pr達到最大值25.8μC·em-2，比未摻雜時增大近56％，Nd摻雜對SBTi的矯頑場Ec影響不大，SrBi3.82Nd0.18Ti4O15

3、的Ec為80kV·cm-1，和未摻雜時相比變化很小。在摻雜量高于x=0.18時，2Pr逐漸減小。這種摻雜導致的先增后減的變化規(guī)律，是摻雜導致材料中氧空位濃度逐漸降低所產(chǎn)生的積極因素和摻雜導致的晶格畸變程度逐漸減小以及摻雜離子進入(Bi2O2)2+層所帶來的消極因素相互妥協(xié)的結(jié)果。當摻雜量高于0.75時，樣品中出現(xiàn)了弛豫鐵電體的典型特征，這是由于高摻雜量下，摻雜離子進入(Bi2O2)2+層，一方面導致出現(xiàn)鐵電相到順電相的結(jié)構(gòu)相變，同時，也

4、破壞了(Bi2O2)2+層的空間電荷庫作用和絕緣層作用，削弱了它對氧空位的吸附，從而增加了局域應力場，影響鐵電宏疇之間的相互作用，因而材料中鐵電宏疇區(qū)域隨摻雜量增加而逐漸減小，以至于形成在順電相背景下鐵電微疇的分布。 在La3+取代Sr2位的樣品中，我們同樣發(fā)現(xiàn)了類似的2Pr變化規(guī)律，在x=0.30時，2Pr達到最大值23.1μC·cm-2，Ec為79.6kV·cm-1，相比未摻雜樣品，2Pr提升了34％，而Ec下降了約8％，鐵

5、電性能明顯改善。當三價的La3+取代二價的Sr2+后，由于電荷電中性的限制，就會出現(xiàn)La·Sr和V″Sr的空位對，這些空位對在居里溫度以下動性很低。伴隨著這些空位對產(chǎn)生的隨機場會有助于已釘雜疇的解釘雜，從而增加可反轉(zhuǎn)疇的數(shù)量，導致2Pr增加。另一方面，隨機場也會降低新疇成核的激活能，從而導致Ec的降低。 在W摻雜量為x=0.03的BIT-SBTi樣品中，我們發(fā)現(xiàn)樣品的2Pr顯著增加，從零摻雜量時的19.1μC·cm-2，增加到了