鈣鈦礦型微波介質(zhì)陶瓷的晶格振動光譜研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷材料，具有如下優(yōu)異的介電性能：高介電常數(shù)(εr)、較低的介電損耗(tanδ)以及較低的諧振頻率溫度系數(shù)(τf)，在現(xiàn)代通信中廣泛應(yīng)用于濾波器、諧振器、介質(zhì)天線、介質(zhì)導(dǎo)波回路等微波元器件，是衛(wèi)星通訊、移動通訊及 GPS等技術(shù)中的新型關(guān)鍵材料。因此，微波介質(zhì)陶瓷成為近年來研究的一個新熱點。
　　ABO3(A為Ba、Ca或Sr，B為Zr)和Ba(Mg1/3Ta2/

2、3)O3(BMT)均為鈣鈦礦型微波介質(zhì)陶瓷材料，具有較高的 Q值，常應(yīng)用于高頻及低損耗領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文采用固相合成法制備了BaZrO3（BZ）、CaZrO3（CZ）、SrZrO3（SZ）和Ba(Mg1/3Ta2/3)O3（BMT）微波介質(zhì)陶瓷。通過 X射線衍射（XRD）分析了陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，利用振動光譜（拉曼散射光譜、遠(yuǎn)紅外反射光譜）對各振動模進(jìn)行了指認(rèn)，并分析了振動模之間的關(guān)系。通過 Kramers-Kr?n

3、ig(K-K)關(guān)系轉(zhuǎn)化，對介電常數(shù)的實部和虛部進(jìn)行了討論，并利用四參數(shù)法進(jìn)行遠(yuǎn)紅外反射光譜的擬合，獲得高頻介電常數(shù)和擬合曲線，計算得到不同振動模對介電常數(shù)和損耗的貢獻(xiàn)；分析了不同燒結(jié)溫度對 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3陶瓷的影響；并測試了樣品的微波介電性能。主要研究結(jié)果如下：
　　1.在BZ陶瓷中，通過對XRD研究，確定BZ樣品具有簡單立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Pm3m(221)；對XRD進(jìn)行Kα2剝離及紅外反射光譜研究發(fā)現(xiàn)，該BZ樣品中

4、存在氧八面體畸變；指認(rèn)了七個拉曼振動模式，其中位于745cm-1附近的A1g(O)振動模在所有振動模式中強(qiáng)度最強(qiáng)，其來源于 ZrO6氧八面體的呼吸振動；同時指認(rèn)了三個紅外活性模式，其中 F1u(2)振動模對介電性能的貢獻(xiàn)最大，其來源于O-Zr-O的彎曲振動。
　　2.在CZ陶瓷中，通過XRD確定該CZ樣品的結(jié)構(gòu)為斜方Pcmn(62)，同時與標(biāo)準(zhǔn)卡比對發(fā)現(xiàn)，該樣品中存有微量 CaCO3殘留；以斜方對稱結(jié)構(gòu)對振動光譜進(jìn)行指認(rèn)：ΓV=7

5、Ag+5B1g+7B2g+5B3g+8Au+10B1u+8B2u+10B3u，討論了拉曼位移和半高寬，對各振動模式進(jìn)行了描述，并利用四參數(shù)法擬合了遠(yuǎn)紅外反射光譜，計算得出各紅外活性模對介電性能的貢獻(xiàn)，其中 F1u(5)振動模的貢獻(xiàn)最大，主要來自ZrO6間的中心反對稱振動，擬合曲線同時也表明F1u(4)與F1u(5)振動模均發(fā)生了分裂。
　　3.在SZ陶瓷中，通過XRD的研究發(fā)現(xiàn)，該樣品的結(jié)構(gòu)為斜方Pbnm(62)；對十個主要的拉曼

6、振動模式進(jìn)行了指認(rèn)和描述，其中在550cm-1附近的B1g的振動強(qiáng)度最大，主要來自Zr-O的伸縮振動；利用四參數(shù)法擬合了遠(yuǎn)紅外反射光譜，發(fā)現(xiàn) F1u(4)發(fā)生了分裂，通過對比各紅外活性模對介電性能的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，材料的微波介電性能主要受到擁有較重原子的振動模影響。
　　4.在BMT陶瓷中，利用XRD和結(jié)構(gòu)精修分析了陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，確認(rèn)BMT為三方晶系P3m1(164)，具有1:2有序結(jié)構(gòu)；指認(rèn)并分析了拉曼光譜，F(xiàn)2g(Ba)振動模的拉