CaCu3Ti4O12中的晶界弛豫

研究了CaCu3Ti4O12在低温低频下的内耗曲线特征,发现金属中来源于晶界的内耗规律也适合CaCu3Ti4O12材料.测量了晶界弛豫激活能的大小和不同温度下该材料的特征弛豫时间.与常温的情况相比,低温下CaCu3Ti4O12的特征弛豫时间明显增加.分析表明:这种弛豫时间的增加来源于在畴区上极化弛豫的动态慢化效应.     

高介电栅介质材料研究进展

传统的栅介质材料SiO₂不能满足CMOS晶体管尺度进一步缩小的要求, 因此高介电栅介质材料在近几年得到了广泛的研究, 进展迅速. 本文综述了国内外对高介电材料的研究成果, 并结合作者的工作介绍了高介电栅介质在晶化温度、低介电界面层、介电击穿和金属栅电极等方面的最新研究进展.     

不同化学组分对CaCu3Ti4O12介电陶瓷性能的影响

用溶胶-凝胶（Sol-gel）技术制备了掺杂5％、10％的Ca、Cu及Ti化学组分的化合物CaCu3Ti4O12系列纳米粉体并后续烧结成多晶陶瓷。用XRD、SEM手段表征了烧结体的晶相和微观形貌。通过研究样品的介电性能，发现系列金属离子的掺杂几乎没有改善样品的介电性能。实验研究表明，经1000℃烧结、保温2h严格按照化学组分配制的CaCu3Ti4O12介电陶瓷的致密性好、晶粒均匀，具有良好的介电性能，室温下在10^2～10^5Hz宽频范围，介电常数ε达到～10^4，介电损耗低于～0.15。     

Bi4Ti3O12的熔盐法制备及改性研究进展

综述了Bi4Ti3O12材料的最新研究进展,介绍了Bi4Ti3O12制备方法和改性技术的研究,对熔盐法制备、热锻、模板晶粒生长、丝网印刷等几种晶粒定向生长技术和A、B位掺杂及机理等方面的研究进行了系统评述,总结了目前Bi4Ti3O12研究中存在的问题,并对未来的研究方向进行了预测.     

CaCu3Ti4O12多晶块材的巨介电常数

采用固相反应法制备了CaCu3Ti4O12单相多晶块材,系统地研究了其介电常数与温度（ε（T））和频率（ε（f））的依赖关系,结果表明,CaCu3Ti4O12多晶块材在温度为300K、频率为1kHz时,ε高达14000;在1kHz、100～340K温区内ε的数值基本不变．CaCu3Ti4O12多晶块材的介电特性很难用位移型铁电体的相关理论描述,可能源于在纳米尺度的畴区内极化弛豫的动态变化．在1kHz交流电场作用下,温度低于100K时,CaCu3Ti4O12多晶块材ε的急剧下降与其中氧空位引起Ti离子变价所产生的极化子的热激活相关。     

NaCu3Ti3Sb0.5Ta0.5O12陶瓷的高介电性质及相关机制的研究

在不同烧结温度下, 利用传统的固相反应工艺制备了一系列NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷, 系统测试了它们的晶体结构、微观结构、介电性质和复阻抗谱。结果显示, 所有的NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的主相都呈现类钙钛矿结构, 介电性质随烧结温度变化很大。高于1020℃烧结的陶瓷的室温相对介电常数大于3000, 具有高介电性质。复阻抗谱显示, NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的电学分布不均匀, 由绝缘性的晶界和半导性的晶界组成。通过XRD和XPS测试发现, 在陶瓷中观察到了CuO第二相和Cu、Ti、Sb、Ta离子的变价。因此, 利用内阻挡层电容效应可以解释NaCu₃Ti₃Sb_0.5Ta_0.5O₁₂陶瓷的高介电性质。     

Eu2O3掺杂对压敏-电容双功能陶瓷材料CaCu3Ti4O12电性能的改善效果

以稀土氧化物Eu2O3为添加剂,采用固相反应法制备了不同掺杂比例(x=0、0.2％、0.5％、1％(质量分数))的CaCu3Ti4O12(CATO)陶瓷样品.采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对掺杂样品的微观形貌变化进行测量分析;利用一直流高压电源测试样品的J-E非线性特征;利用Anglent4294型精密阻抗分析仪测试样品的电介性能.掺杂后样品的晶格结构并未发生明显的改变,但是平均晶粒尺寸减小,晶界处富Cu相消失;纯CCTO的XRD图谱中出现了富Cu相,掺杂样品的图谱中并未出现上述杂相;Eu2O3掺杂提高了样品内部的肖特基势垒高度,增加了势垒阻挡层的数目,使得样品的压敏电压和非线性系数明显提高,材料的压敏电阻性明显改善,电介-频率稳定性增强.     

电极对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

通过研究在不同气氛(氮气和氧气),CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷样品在一定温度下进行后处理后,不同功函数电极对其介电性质的影响,进而研究CCTO陶瓷的巨介电常数的起源问题.我们在空气中制备了CaCu3Ti4O12陶瓷,发现样品表面电阻率很大,样品表面呈现绝缘态,此时不同功函数电极以及不同电极制备方法对其介电性质几乎没有影响,说明CCTO的巨介电常数是由孪晶界或半导体晶粒与绝缘晶界所产生的内部阻挡电容(IBLC)所引起.但当样品在高温氮气中后处理后,样品表面电阻率明显下降,以较大功函数的金属作为电极的样品,其介电常数有了明显的提高,而以功函数小的金属作为电极的样品,其介电常数变化不大.从而进一步说明当CCTO样品表面处于半导态,表面电极效应也是CCTO巨介电常数来源之一.     

PLD方法制备CaCu3Ti4O12薄膜结构研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)分别在LaAlO3(100)以及MgO(100)基片上,在不同的沉积温度下,制备具有体心立方类钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜.在LAO基片上生长的CCTO薄膜,X射线衍射(XRD)分析表明沉积温度在680℃以上可以实现 (400)取向生长,740℃薄膜可以实现cubic-on-cubic的方式外延生长.原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析分别显示CCTO薄膜的表面平整,界面清晰.后位的反射高能电子衍射(RHEED)观察到CCTO薄膜的电子衍射图谱,为点状.在MgO基片上,由于薄膜与基片较大的晶格失配,通过生长具有(100)和(110)取向的LaNiO3(LNO)缓冲层,诱导后续生长的CCTO薄膜随着温度的提高,由(220)取向生长转变成(220),(400)取向生长.     

烧结温度对CaCu3Ti4O12巨介电性能的影响研究

制备CaCu3Ti4O12陶瓷,在50 K～300 K温区范围内测试试样介电性能.研究结果表明,CaCu3Ti4O12结晶完整性、晶界及缺陷对其巨介电常数的大小、出现低介电常数向高介电常数转变时对应温度的高低以及对极化粒子的温度活化响应弥散程度有直接的影响.随晶界和缺陷的下降,极化粒子受缺陷相互作用相应减弱,产生松弛时需要克服的势垒下降,对应的产生松弛的温度随之降低.材料的结晶越完整,极化粒子的温度活化响应弥散现象越小,由低到高介电常数的转变速度越快.     

Sol-gel自蔓延燃烧制备CaCu3Ti4O12纳米粉体及其介电性能研究

以硝酸钙、硝酸铜、钛酸四丁酯、冰乙酸和无水乙醇为原料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧反应成功地制备了平均粒径为60～80nm的CaCu3Ti4O12纳米粉体.采用XRD、TEM和IR对纳米粉体的结构、形貌和光谱特性进行了分析和表征,并借助TG-DSC研究了干凝胶的自蔓延特性和晶化过程.采用传统烧结工艺制备了陶瓷,测得其在室温、lkHz时的介电常数为6×104.     

SrTiO_3/CaCu_3Ti_4O_(12)复合陶瓷材料的介电性能

本文采用固相反应法制备了xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)复合陶瓷,研究了复合材料的物相、微观结构和宽温度宽频率范围内的介电性能。结果表明:在1348~1600K的温度范围内烧结能够得到致密性良好的xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)复合陶瓷。频率为100kHz时,样品的室温介电常数随SrTiO_3含量的增加而减少,从71358(x=0)单调减少至270(x=1),其变化规律遵循Lichtenecker法则。介电损耗随SrTiO_3含量的增加先增大后减少。当x=0.2时,样品与CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的介电性能相似,存在低温的介电弛豫和巨介电常数平台。随着SrTiO_3含量的增加,复合陶瓷的低温介电弛豫激活能增大,介电响应被抑制,而高温介电响应由于高温电导的影响而增强,使得CaCu_3Ti_4O_(12)特有的巨介电常数平台随着SrTiO_3的增加逐渐消失,xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)复合材料的温度依赖性增强。     

尖晶石型CuAl2O4掺杂对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

研究了尖晶石型CuAl₂O₄掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷显微结构、介电性能以及松弛特征和缺陷结构的影响。在频率为10^-1~10⁷ Hz、温度为153~453 K的条件下测量了样品的介电性能。研究表明, 适量添加CuAl₂O₄, 使样品晶粒尺寸减小并趋于均匀, 击穿场强从CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品的3.0 kV/cm提高到13.0 kV/cm, 低频介电损耗减小。介电松弛中的高频松弛过程起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 其活化能~0.10 eV基本不变; 随着CuAl₂O₄含量增加, 与界面相关的松弛活化能从0.50 eV减小到0.22 eV, 可能与CuAl₂O₄在样品中引入杂质及更复杂的界面有关; 电导活化能从0.66 eV增至0.86 eV, 归因于CuAl₂O₄第二相抑制了晶界处的载流子跳跃, 提高了Schottky势垒高度。CuAl₂O₄掺杂量大于100mol%, 过量CuAl₂O₄会导致样品晶界势垒崩塌, 样品失去非欧姆特性和巨介电性能。     

溶胶-凝胶法合成CaCu3Ti4O12粉体及IR和Raman谱研究

以金属醇盐和无机盐为原料，用溶胶-凝胶法合成了CaCu3Ti4O12干凝胶，进一步将干凝胶磨粉后在不同的温度煅烧不同的时间，得到相应的粉体样品．X射线衍射结果显示，75O℃煅烧2h后的样品呈明显的CaCu3Ti4O12（CCTO）类钙钛矿晶相，表明样品经历非晶相向类钙钛矿晶相转化过程．红外和拉曼谱分析进一步证实了X射线衍射结果．热分析研究结果也表明，在不到300℃，有机物燃烧完毕，随着温度的继续升高，到750℃样品开始向类钙钛矿相转化，直到1000℃完全生成了类钙钛矿晶相，经750、850、1000℃煅烧的样品其Raman光谱大致相同。     

氧化气氛对CaCu3Ti4O12陶瓷显微结构及介电性能的影响

采用固相法合成了CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷, 研究了氧化气氛热处理对其显微结构和介电性能的影响。结果表明, 氧化气氛热处理后, CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的介电常数略微下降, 介电损耗角正切值得到有效抑制, 降至0.03~0.04。在183~273 K温度范围内, CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷总的介电损耗可以分解成低频电导损耗和高频的两个弛豫损耗峰, 氧化气氛热处理后低频电导损耗的贡献下降较为明显。对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的晶粒、晶界进行阻抗分析, 发现在393 K时晶界电阻值从1.8×10⁴ Ω增大到8.6×10⁴ Ω。伏安特性(J-E)结果表明氧化气氛热处理使CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的击穿场强和非线性系数分别从226 V/mm、3.52上升到397 V/mm、4.51, 晶界势垒高度从0.56 eV增大到0.63 eV。     

CaCu_3Ti_4O_(12)/聚偏氟乙烯复合材料的介电性能研究

采用溶液混合随后热压的方法制备了CaCu3Ti4O12/聚偏氟乙烯(CCTO/PVDF)复合材料.采用XRD对复合材料的物相结构进行了分析.研究了复合材料的介电常数与CCTO体积分数的关系.结果表明,在10kHz下,当CCTO含量等于50%(体积分数)时,复合材料的介电常数达到81.采用Maxwell-Gamett模型、Jaysundere模型和Yamada模型分别对实验结果进行了预测和比较,其中Yarnada模型与实验结果符合得较好.