錫鈦酸鋇基陶瓷的介電弛豫、電卡效應(yīng)及其阻變特性研究.pdf

1、以典型的鈣鈦礦型(ABO3型)結(jié)構(gòu)的BaTiO3為代表的鐵電材料具有較高的介電常數(shù)，是制造鐵電陶瓷電容器的基礎(chǔ)材料，也是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的電子陶瓷材料之一。在介電層厚度確定的情況下，材料的介電常數(shù)越高，電容器的比電容越大，越易于實現(xiàn)器件的小型化。許多研究結(jié)果表明，摻雜可以改善BaTiO3陶瓷的介電性能從而更有利于儲能電容器應(yīng)用。本文采用傳統(tǒng)的高溫固相法制備了以鈦酸鋇為基質(zhì)材料的一系列鈦酸鋇基陶瓷樣品，并重點研究了其介電性能、阻抗、I

2、-V特性以及鐵電性能。
　　通過使用X衍射儀對樣品進(jìn)行物相分析，我們發(fā)現(xiàn)Ba(Ti1-xSnx)O3(BTS)陶瓷在室溫下呈現(xiàn)出四方相。在高溫區(qū)域，各個樣品都出現(xiàn)了介電弛豫現(xiàn)象，而該現(xiàn)象隨著錫含量的增加而愈發(fā)地明顯。通過對樣品阻抗的分析，我們發(fā)現(xiàn)隨著錫含量的增加，晶粒對微觀電阻的貢獻(xiàn)越發(fā)明顯。通過應(yīng)用Arrhenius定律對BTS陶瓷的弛豫活化能和電導(dǎo)活化能進(jìn)行計算，我們認(rèn)為BTS陶瓷的弛豫過程主要以偶極子傳導(dǎo)為主，而弛豫現(xiàn)象則是

3、氧空位導(dǎo)致的離子短程跳躍引起的，傳導(dǎo)的主要載流子類型是遠(yuǎn)距離運動的二價氧空位。通過對電滯回線的分析得出，Ba(Ti0.99Sn0.01)O3陶瓷的儲能密度密度最大，達(dá)到了0.108J，BT的能量效率最高，達(dá)到了55.1％。通過對電卡效應(yīng)的分析計算，我們得到，Ba(Ti0.98Sn0.02)O3陶瓷ΔS、ΔT的值隨電場的增加而變大，最大的ΔS值可以達(dá)到0.6459J·K-1·Kg-1，最大的ΔT值可以達(dá)到0.5983K，并且最大的ΔT對應(yīng)

4、的溫度高于相變溫度。但是電卡強(qiáng)度ΔT/ΔE并沒有呈現(xiàn)這樣的規(guī)律，在20kV/cm電場下時它的最大電卡強(qiáng)度最大，達(dá)到了2.077×10-7K·m·V-1。
　　通過對不同頻率下的x(Bi0.5Na0.5)TiO3-(1?x)Ba(Ti0.9Sn0.1)O3(BNT-BTS)樣品的介電常數(shù)和介電損耗隨溫度變化的測試，我們觀察到了介電彌散現(xiàn)象，并且使用改進(jìn)了的居里-外斯定律對其進(jìn)行了分析。分析的結(jié)果表明，所有BNT-BTS陶瓷樣品都有不

5、同程度的彌散，并且彌散程度隨著BNT含量的增加而越發(fā)顯著。通過對介溫譜的觀察，我們還發(fā)現(xiàn)在高溫（700K以上）區(qū)域出現(xiàn)了第二個異常的彌散行為（高溫介電弛豫）。為了解釋其機(jī)理，我們使用阻抗譜對其進(jìn)行了分析。分析后我們得出，在BNT-BTS陶瓷高溫出現(xiàn)的弛豫行為是一種偶極傳導(dǎo)過程，與氧空位有關(guān)。
　　對Ba1-xSrxTi0.95Sn0.05O3(BSTS)陶瓷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，研究表明，BSTS陶瓷的峰(112)/(211)隨著Sr