Bi_4Ti_3O_(12)掺杂(Ba,Sr)TiO_3基电容器陶瓷介电性能研究

采用传统固相法制备了Bi_4Ti_3O_(12)掺杂(Ba_(0.71),Sr_(0.29))TiO_3(BST)陶瓷。研究了Bi_4Ti_3O_(12)掺杂量对BST电容器陶瓷介电性能、物相组成和微观结构的影响。结果表明:随着Bi_4Ti_3O_(12)掺杂的增加,BST陶瓷的相对介电常数逐渐减小,介电损耗先减小然后增大,Bi_4Ti_3O_(12)掺杂后的BST陶瓷仍为钙钛矿结构。当Bi_4Ti_3O_(12)掺杂量为1.6 wt%时,BST陶瓷的综合介电性能最好,εr为3744,tanδ为0.0068,ΔC/C为+1.70%,-44.61%,容温特性符合Y5V特性。     

BCZT-xBi_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

选取传统高温固相反应合成法制备出Bi_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.08)Ti_(0.92)O_3-xBi_2O_3(BCZT-x Bi,x=0~0.15)。采用扫描电子显微镜、准静态压电常数测试仪等一系列检测手段,探讨了Bi_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷微观组织和电学性能产生的作用,从SEM图像得知,陶瓷的晶粒尺寸随着Bi_2O_3掺杂量的增多先逐渐变小后略微有所增大,XRD图谱则表明,掺杂量不等的Bi~(3+)均能够弥散进入钛酸钡晶格中,能完整固溶于BCZT陶瓷,并且材料具有典型的钙钛矿相结构。当Bi_2O_3掺杂量为0.15 mol%时,此无铅压电陶瓷材料拥有较好的介电性能,介电损耗tanδ的值仅是1.2%,介电常数ε_r的值是5100;当没有掺杂Bi_2O_3时,此陶瓷的压电性能最优,压电系数的值d_(33)=386 p C/N,机电耦合系数的值K_p=44.8%。     

低温B_2O_3掺杂对Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷性能的影响

为降低Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)(BST)微波介质陶瓷的烧结温度,研究了B_2O_3掺杂对其烧结性能、物相组成、显微结构及介电性能的影响。结果表明:少量B2O3的引入未改变陶瓷的晶相组成,主晶相为Ba_(6-3x)Sm_(8+2x)Ti_(18)O_(54)固溶体,适量B_2O_3不仅能显著地降低BST陶瓷的烧结温度至1180℃,而且能提高其介电性能;随着B_2O_3添加量的继续增加,有烧绿石结构的Sm_2Ti_2O_7相出现并逐渐增多。当B_2O_3添加量为0.25 wt%,在1180℃温度烧结3 h时,BST陶瓷获得优异的微波介电性能:ε_r=76.58,Q·f=6794.24 GHz,τ_f=-7.06×10~(-6)/℃。     

Co/Ni掺杂SrTi0.3Fe0.7O3-δ钙钛矿电极材料制备及性能

以Sr Ti_(0.3)Fe_(0.7)O_(3–δ)(STF)为基础,研究了B位Co、Ni掺杂Sr Ti_(0.3)(Fe_(1–x)Co_x)_(0.7)O_(3–δ)(STFC)和Sr Ti_(0.3)(Fe_(1–y)Ni_y)_(0.7)O_(3–δ)(STFN)钙钛矿氧化物的成相过程及其在还原气氛中的结构演变规律,并进一步表征了其用于固体氧化物燃料电池(SOFC)对称电极的电化学性能。结果表明:Co和Fe可以在B位无限互溶,形成Sr Ti_(0.3)Fe_(0.7)O_(3–δ)–Sr Ti_(0.3)Co_(0.7)O_(3–δ)固溶体系;但当Ni替换Fe的比例超过约30%时就会出现明显的Sr_2Fe_2O_5杂相。在还原气氛中,STFC和STFN的结构稳定性随Co或Ni掺杂量的增加而降低,并逐渐由ABO_3结构转变为富AO相的钙钛矿衍生结构,同时伴随着Co基或Ni基金属相的生成。在850℃和加湿氢气燃料下,La_(0.8)Sr_(0.2)Ga_(0.83)Mg_(0.17)O_(3–δ)电解质支撑SrTi_(0.3)(Fe_(0.9)Ni_(0.1))_(0.7)O_(3–δ)和Sr Ti_(0.3)(Fe_(0.9)Co_(0.1))_(0.7)O_(3–δ)对称电池的最大功率密度分别达到约1.00和0.87 W/cm~2,表现出较好的电化学性能和实用前景。     

共生铋层状压电陶瓷(Li_(0.5)Bi_(0.5))_xBa_(1–x)Bi_8Ti_7O_(27)的结构与性能

采用传统固相法制备了(Li_(0.5)Bi_(0.5))_xBa_(1–x)Bi_8Ti_7O_(27)共生铋层状结构无铅压电陶瓷,采用(Li_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)复合掺杂取代A位的Ba~(2+)以调节其晶体结构,提升其Curie温度及综合电学性能,从而达到拓宽该体系高温应用领域的研究目标。(Li_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)的引入使陶瓷的压电常数d_(33)从8 pC/N最高提升至18.5 pC/N,Curie温度从480℃提升至633℃。体系正交畸变程度增加,体系剩余极化强度与结构畸变有关,且与压电常数的变化规律一致。(Li_(0.5)Bi_(0.5))_(0.6)Ba_(0.4)Bi_8Ti_7O_(27)陶瓷的综合电性能最佳,为高温压电领域提供了潜在的候选材料。     

稀土Er/Nb共掺Bi_4Ti_3O_(12)高温铁电陶瓷的上转换发光及电性能

采用固相法制备Er~(3+)掺杂铋层状结构陶瓷Bi_(4-x)Er_xTi_3O_(12)-4%Nb_2O_5(BITN-xEr,0≤x≤0.25)。研究了不同Er~(3+)含量对样品的结构、上转换发光与电性能的影响。XRD表明,所有样品均为正交相铋层状结构,并存在第二相Bi_2Ti_2O_7。Raman光谱表明,Er~(3+)取代了类钙钛矿层A位中的Bi~(3+),导致Ti06八面体的结构畸变。在980nm近红外光源激发下,所有掺杂样品均存在2个绿光和1个红光发射峰,当x=0.20时样品荧光强度达到最佳。随着掺杂量x的增加,Curie温度逐渐升高,压电系数(d_(33))和剩余极化强度(P_r)逐渐下降。当温度升高到500℃时,BITN-O.10Er样品仍有较高的压电活性(d_(33)=21 pC/N)和较好的热稳定性,表明该材料是一种具有潜在应用价值的多功能材料。     

(1-x)Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)-xBiFeO_3复合铁电薄膜的制备及性能研究

用溶胶-凝胶法结合层层退火工艺制备出(1-x)Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)-xBiFeO_3(SBFTi-x,x=0.1-0.4)系列薄膜,对样品进行分析研究,发现随着BFO取代量x的增加,SBFTi-x复合薄膜的铁电性能逐渐提高。当BiFO_3(BFO)的取代量为0.3,测试电场为931 KV/cm时,剩余极化强度2Pr=23.4μC/cm~2,矫顽场2Ec=28.0 KV/cm,漏电流密度较小。对薄膜样品的漏电流曲线进行线性拟合,发现当测试电场强度低于230KV/cm时,曲线的拟合斜率ɑ都接近于1,说明薄膜内部的漏电流导电机制是以欧姆传导(ɑ≈1)为主,而测试场强高于230 KV/cm时,其导电机制为FN隧道效应。     

层状类钙钛矿多铁性材料研究进展

多铁性材料的自旋、电荷、轨道、晶格等多重有序存在着复杂的相互作用,且对磁场、电场、光场、应变和温度等多种外界环境敏感,从而表现出一些新奇的物理现象,使其在存储器、传感器、微波等领域中有重要的应用价值。随着对单相多铁材料研究的深入,人们已从简单钙钛矿结构的多铁性研究转向复杂的层状类钙钛矿体系,其丰富而复杂的结构给人们提供了更广泛的设计和调控空间。介绍并分析了如Double-Perovskite(DP)、Ruddlesden-Popper(RP)、Aurivillius(AU)以及A_nB_nO_(3n+2)系列等层状类钙钛矿多铁性特征的研究进展。人们已发现Bi_2FeCrO_6等DP体系、(1–x)(Ca_ySr_(1–y))_(1.15)Tb_(1.85)Fe_2O_7–xCa_3Ti_2O_7等RP体系、Bi_4NdTi_3Fe_(1–x)Co_xO_(15_–Bi_3NdTi_2Fe_(1–x)Co_xO_(12–δ)等AU体系以及La_6(Ti_(0.67)Fe_(0.33))_6O_(20)层状材料等,均具有室温或近室温多铁性。最后提出了当前面临的问题和对未来的展望。     

低温烧结Bi_2MoO_6-Bi_2Mo_2O_9陶瓷的微波介电性能

采用氧化物固相反应法制备x≤30%(质量分数)的不同xBi_2MoO_6-(1-x)Bi_2Mo_2O_9介质陶瓷材料,研究了Bi_2MoO_6掺入对Bi_2Mo_2O_9晶相结构、显微形貌和介电性能的影响。结果表明:烧结后陶瓷均为Bi_2MoO_6正交和Bi_2Mo_2O_9单斜两相混合,Bi_2MoO_6加入量对晶体结构和晶粒尺寸有明显影响;随着x的增大,xBi_2MoO_6-(1-x)Bi_2Mo_2O_9陶瓷的相对介电常数(ε_r)、品质因素(Qf)和谐振频率温度系数(τ_f)减小。0.3Bi_2MoO_6-0.7Bi_2Mo_2O_9在640℃空气下烧结2h,谐振频率7.72 GHz、ε_r=30.2、Qf=10 725 GHz、τ_f=1.6×10~(-6)/℃,具有优良的微波介电性能。     

La~(3+)、Nd~(3+)掺杂对Bi_4Ti_3O_(12)纳米薄膜铁电和介电性能的优化（英文）

采用溶胶-凝胶法和快速热处理工艺,在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100)衬底上制备出Bi_4Ti_3O_(12)及其La~(3+)、Nd~(3+)掺杂系列铁电薄膜Bi3.5(La/Nd)_(0.5)Ti_3O_(12),并对其相组成、微观结构、铁电和介电性能进行了研究。X射线衍射谱和SEM综合显示,薄膜均匀、致密,呈随机取向的多晶钙钛矿结构。铁电和介电性能研究表明:其掺杂系列较未掺杂薄膜具有更优异的极化行为和矩形度(剩余极化强度Pr从9.35μC/cm2增至15.53和26.24μC/cm2)、更低的漏电流密度(从10-4 A/cm2降至10-6 A/cm2甚至10-9 A/cm2)和更高的介电常数,但同时介电损耗也逐渐增加(高频段时tanδ从0.02增至0.10和0.25)。     

Fe_2O_3掺杂BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3陶瓷介电性能的研究

采用传统固相法分别于1250℃、1280℃、1300℃、1330℃下制备了BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3+xmol%Fe_2O_3(0≤x≤1.25)陶瓷样品。XRD结果表明,Fe~(3+)掺杂后的陶瓷样品均为钙钛矿结构。SEM表明,掺杂Fe~(3+)后陶瓷的晶粒尺寸减小。随着掺杂量的增加,陶瓷样品的体积密度ρv和介电常数ε先增大后减小,介质损耗tanδ先减小后增大。1300℃烧结,x=1.00%的陶瓷样品介电性能最好,ρv=6.03 g/cm3,ε=4560,tanδ=0.004。     

Co_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

以传统固相烧结合成法制备出Co_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3-xCo_2O_3(BCZT-xCo,x=0~0.15 wt%)。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及其他分析方法研究Co_2O_3掺杂量对制备的BCTZ无铅压电陶瓷的压电性能、介电性能、相组成以及微观结构的影响。结果表明,所有样品均具有纯钙钛矿相结构。随着Co_2O_3掺杂量的增加,晶粒尺寸、介电损耗tanδ、压电系数d_(33)和平面机电耦合系数k_p逐渐减小,而介电常数ε_r逐渐增加。当x=0 wt%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳压电性能:d_(33)=420 pC/N,k_p=40%;x=0.15%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳介电性能:ε_r=5,100,tanδ=1.4%。     

Ce改性0.9Bi_4Ti_3O_(12)-0.1SrBi_2Nb_2O_9铋层状铁电陶瓷结构与性能

采用固相法制备了CeO_2掺杂改性的0.9Bi_4Ti_3O_(12)-0.1SrBi_2Nb_2O_9(BIT-SBN)铋层状铁电陶瓷材料。系统研究了CeO_2掺杂对BIT-SBN基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构,样品的晶粒尺寸随着CeO_2掺杂量的增加而逐渐增大,并且沿a-b面的生长速度明显大于沿垂直c轴方向的生长速度;BIT-SBN基陶瓷的压电性能随着CeO_2的掺杂而显著提高,损耗明显降低。当CeO_2掺量为0.75 wt%时,样品具有最佳的电性能:压电常数d_(33)=28 pC/N,介电损耗tanδ=0.20%,机械品质因数Q_m=3015,居里温度T_C=595℃;并且此时样品具有良好的热稳定性,在高温器件领域具有一定的应用潜能。     

Co-Ti共掺杂对Y型六角铁氧体陶瓷磁电性能的影响

笔者采用了固相反应法制备了一系列不同含量的Co~(2+)-Ti~(4+)对掺杂取代Y型六角铁氧体Ba_2Mg_2Co_xTi_xFe_(12-2x)O_(22)(x=0~2)的陶瓷样品。通过XRD,SEM和PPMS等测试手段分别对样品的晶体结构、显微结构和磁性能进行表征。结果表明:当掺杂量较少时,Co-Ti进入了Fe的晶格,形成了很好的固溶体。随着掺杂量的增加(x0.5),样品逐渐出现杂相,且样品的晶粒逐渐减小。所有的陶瓷样品都具有良好的室温铁磁性能。通过对样品电性能的研究发现,Co-Ti掺杂样品的电阻率均大大提高,与纯样品相比,x=2的样品电阻率增大了4个数量级。     

复相多铁材料xCoFe_2O_4/(1–x)BaTiO_3的制备及性能

采用固相合成法分别制备了尖晶石结构Co Fe_2O_4和钙钛矿结构Ba Ti O_3粉末,烧结得到x Co Fe_2O_4/(1―x)Ba Ti O_3(x=0.2,0.4,0.6,0.8)复相多铁材料,对材料的成分、介电性能、铁电性、磁性能进行了表征。结果表明:当x=0.2时所得的复相多铁材料两相共存,无杂相,而其他组分均不同程度地存在杂相。复相多铁材料x Co Fe_2O_4/(1―x)Ba Ti O_3具有铁电性和铁磁性,且性能受铁磁相含量影响明显。随铁磁相组分增加,材料介电常数变小,漏电流增大,铁电性能变差;同时,铁磁相间颗粒接触面积增大,磁化作用得到加强,材料磁性能得到提升。     

Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)薄膜制备与表征

在LiNO_3/SiO_2/Si基板上制备了Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)系列薄膜(x=0.3、0.4、0.5、0.6),并系统分析了这些薄膜的微观结构以及铁电、介电及漏电等电学特性。研究结果表明,在氮气气氛中以600℃持温30 min制备的单一相薄膜中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜的结晶效果最好,且在其表面可成长出独立晶粒分布状态;x为0.5时薄膜的剩余极化强度2Pr=53.5μC/cm2、矫顽场2Ec=144.2 k V/cm,此时薄膜的铁电性能相对最佳;该系列薄膜的介电常数介于37~100,介电损失相对偏高,介于0.7~1.0;所有薄膜的漏电流均随外加电压的增加而逐渐增大,其中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜漏电流最小,外加电压为10 V时其值约为3.88×10-6A。     

Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-xCaTiO_3铋层状陶瓷的结构与性能

采用传统固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-x mol%CaTiO_3(NKBN-CT,x=0,0.7,1.0,2.0,3.0,4.0)铋层状无铅压电陶瓷材料。本文系统研究了CaTiO_3掺杂对Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷材料样品均为单一的铋层状结构。随着CaTiO_3掺量的增加,Curie温度T_c呈增高趋势(653~665°C),压电常数d_(33)先增大后减小;当x=1.0时,样品的电性能达到最佳值,即d_(33)=25pC/N,介电损耗tanδ=0.42%,机械品质因数Q_m=2845,T_c=659℃。退极化研究表明NKBN-CT陶瓷样品的压电性能具有良好的热稳定性,说明CaTiO_3掺杂改性Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基系列陶瓷具有高温领域应用的潜力。     

Fe掺杂钛酸钡钙材料的制备及性能研究

以BaCO_3粉、CaCO_3粉、TiO_2粉、Fe_2O_3粉为原料,在采用固相反应法于1 020℃常压预烧3 h后,继续在1 260℃常压烧结2.5 h制备了Fe掺杂钛酸钡钙(Ba0.70Ca0.30Ti1-xFexO3)材料,研究了Fe掺杂量(x分别为0、0.002、0.005、0.010、0.015、0.020和0.030)对烧后试样物相组成、体积密度、相对密度、显微结构和介电性能的影响。结果表明:1)1 020℃预烧及1 260℃烧结后试样均由纯钙钛矿组成。当Fe掺杂量x≤0.02时,1 260℃烧结后试样中T、O相共存;当Fe掺杂量x增加到0.03时,则转变为PC、O相共存。2)随着Fe掺杂量的增加,1 260℃烧结后试样的体积密度和相对密度均逐渐增大;O相的平均晶粒尺寸逐渐增大,而T相的平均晶粒尺寸则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的5.56μm;居里温度TC逐渐减小,对应的最大介电常数εmax则呈先增大后减小的变化趋势,在Fe掺杂量x为0.005时达到最大的4 380 F·m-1。     

Bi掺杂CaCu_3Ti_4O_(12)薄膜的制备及压敏性能

以溶胶-凝胶法在Si(100)基底上制备了Ca_(1-3x/2)Bi_xCu_3Ti_4O_(12)(CBCTO)薄膜。XRD结果表明,于900℃退火1 h可形成多晶CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)相。SEM显示Bi离子掺杂使CCTO晶粒异常生长。通过压敏电阻测试仪分析了CBCTO薄膜的压敏电阻特性,所有样品均呈现明显的非线性特性,用双肖特基势垒模型进行了充分说明。Ca_(0.925)Bi_(0.05)Cu_3Ti_4O_(12)(x=0.050)薄膜具有最小的电位梯度与最小的漏电流,可良好应用在低压压敏电阻开关等领域。     

La~(3+)掺杂BaZr_(0.1)Ti_(0.89)Fe_(0.01)O_3陶瓷弥散性铁电相变的研究

以乙酸钡、硝酸氧锆、钛酸四丁酯为原料,La_2O_3、Fe_2O_3作为掺杂物质,改变掺杂剂的用量及采用不同的烧结温度,采用溶胶-凝胶法制备出了BaZr_(0.1)Ti_(0.89)Fe_(0.01)O_3(BZTF)系介质陶瓷。研究了La掺杂对试样的晶体结构、微观形貌及弥散性铁电相变的影响。XRD结果显示所有试样均出现单一的钙钛矿型的特征峰。掺杂适量La~(3+)可以提高试样电性能。随La~(3+)含量的增加,试样的晶格畸变程度增加,使得居里温度向低温方向移动。同时,铁电相变弥散性程度的增加可归因于晶粒的生长变大和长程有序微区的减少。当掺杂0.6 mol%La时试样有最大程度的弥散性铁电相变,介电温度稳定性最佳:ε_(25℃)=5680,tanδ=0.044,T_c=42℃,γ=1.89。