Sr-,2-Bi-,4-Ti-,5-O-,18-鐵電體A位摻雜結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本論文著重于層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料Sr2Bi4Ti5O18(SBTi)的A位摻雜研究。通過(guò)研究其陶瓷樣品的晶體結(jié)構(gòu)、鐵電和介電性能，探討了A位摻雜對(duì)層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料性能的影響機(jī)理。 SBTi類鈣鈦礦層的A位含有兩種陽(yáng)離子：三價(jià)的Bi3+和二價(jià)的Sr2+。很多文獻(xiàn)報(bào)道了用其他離子取代A位Bi離子的的實(shí)驗(yàn)，而對(duì)Sr離子的研究卻不多?；诖?，本論文采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝，制備了不同摻雜量的堿土金屬元素Ba摻雜A位Sf離子的鐵電陶

2、瓷樣品。同時(shí)，研究了Mn分別摻雜A位和B位的SBTi性能，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)摻雜基本未改變材料原來(lái)的晶體結(jié)構(gòu)。Mn摻雜量很小時(shí)，能取代A位Sr離子。本論文還用MnO2摻雜Sr15Ba0.5Bi4Ti5O18，研究了陶瓷材料的弛豫性能，討論了弛豫產(chǎn)生的機(jī)制。 利用同價(jià)位的Ba2+對(duì)Sr2Bi4TisOl8陶瓷材料進(jìn)行A位摻雜，使得晶格常數(shù)逐漸增大。當(dāng)外加電場(chǎng)為125 kV.cm-1時(shí)，SBTi的剩余極化2P，約為17.3μC

3、.cm-2，Ec約為54 kV/cm。當(dāng)摻雜量為2.0時(shí)，2P，和Ec分別為0.3μC/cm2和1.8 kV/cm。隨著摻雜量的增加，鐵電性能呈單調(diào)下降趨勢(shì)，且在摻雜量小于0.75時(shí)，2Pr和Ec減小的速率大于摻雜量大于0.75。未摻雜的SBTi的居里溫度為285℃，隨著摻雜量逐漸增加樣品居里溫度逐漸降低，摻雜量為0.75的時(shí)最低是150℃。進(jìn)一步摻雜，居里溫度逐漸升高。當(dāng)x=2時(shí)Tc為300℃。對(duì)于BLSFs，Tc與晶格畸變有關(guān)，晶格

4、畸變?cè)酱?，Tc越高。離子半徑較大的Ba2+占據(jù)離子半徑較小的A位Sr2+引起畸變變小，導(dǎo)致了低的相變溫度。因此2Pr隨摻雜量增加而減小是由于晶格畸變變小引起的。同時(shí)，Ba摻雜介電峰顯著寬化，表明鐵電一順電相交發(fā)生彌散。同時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)ε產(chǎn)生頻率色散現(xiàn)象，表現(xiàn)出弛豫鐵電體特性。隨著摻雜量的增加，弛豫程度先增大后減小。當(dāng)摻雜量為0.5時(shí)，弛豫性能最明顯，△T為52℃，弛豫指數(shù)為1.79。弛豫的原因可能是，隨著摻雜量逐漸增大，Sr2+和Ba

5、2+的無(wú)序度增大，從而導(dǎo)致鐵電宏疇變小，鐵電性能降低，弛豫性能增加。但是當(dāng)x>0.75時(shí)，弛豫性能諑漸降低，可能是當(dāng)Ba含量超過(guò)一定量時(shí)，Sr2+和Ba2+的無(wú)序度降低，可以看作少量的Sr離子摻雜BazBi4TisO18A位Ba離子。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，計(jì)算得到的弛豫激活能與典型的弛豫體激活能數(shù)量級(jí)相同，因此VF關(guān)系能夠很好地描述陶瓷樣品的弛豫性能。由此可見，弛豫鐵電體表現(xiàn)出類似自旋玻璃態(tài)的特征。用Mn元素?fù)诫sSrzBi4Ti5O18的A位和

6、B位，小量摻雜未改變材料原來(lái)的晶體結(jié)構(gòu)。摻雜量小于一定量時(shí)，Mn元素能取代A位Sr離子。小量摻雜，樣品的居里溫度基本不變。當(dāng)外加磁場(chǎng)為2500Oe時(shí)，A-SBTi-0.02的剩余磁化強(qiáng)度為5.39×10-6emu/g，而B-SBTi-0.02的剩余磁化強(qiáng)度為3.74×10-7 emu/g。A位和B位摻雜都引起了陶瓷材料的弱磁性能，但兩者值相差較大，表明Mn離子取代了不同離子，同時(shí)也表明A位離子對(duì)陶瓷材料的磁電性能影響較大。 用M