Bi-,2-WO-,6-及其共生Bi-,5-TiNbWO-,15-結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料Bi2W06(BW)及其共生結(jié)構(gòu)Bi<,2>WO<,6>-Bi<,3>TiNbO<,9>(BW-BTN)為研究對(duì)象，對(duì)它們的晶體結(jié)構(gòu)、鐵電及介電性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)和全面的研究。 Bi<,2>WO<,6>是層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料中層數(shù)最少、結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的一種，A位的Bi<'3+>離子和Bi<,2>O<,2>層中的Bi<'3+>共用。采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝制備了不同Bi過(guò)量(Bi<,2>O<,3>過(guò)量值

2、分別為0.0％、2.0％、3.5％和5.0％)的Bi2W06鐵電陶瓷樣品。對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)，鐵電性能以及內(nèi)部空位的濃度和動(dòng)性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著B(niǎo)i含量的增加，樣品的剩余極化值減小，而擊穿電壓增大，當(dāng)Bi過(guò)量5.0％時(shí)，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到了600kV/cm。在此制備條件下，樣品最佳的Bi過(guò)量值約為3.5％，此時(shí)，氧空位濃度明顯降低。隨著B(niǎo)i過(guò)量的進(jìn)一步增加，缺陷的濃度又有所增加。從cole-cole關(guān)系擬合得到四種樣品中氧空位的電

3、導(dǎo)激活能依次是0.97 eV、1.07 eV、1.18 eV和1.33 eV。這表明空位的動(dòng)性隨著B(niǎo)i含量的增加而減弱。這可能是由于鉍氧層相對(duì)于類(lèi)鈣鈦礦層數(shù)目增加使得絕緣作用增強(qiáng)而導(dǎo)致的。 對(duì)于BW-BTN共生陶瓷，用x射線衍射和拉曼光譜對(duì)共生材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，表明共生結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成并且沒(méi)有雜相。鐵電性能測(cè)試結(jié)果顯示該共生材料的鐵電性能非常差，電滯回線嚴(yán)重畸變。我們嘗試了多種方法試圖來(lái)改善其鐵電性能，包括改進(jìn)工藝、調(diào)整原料配

4、比以及運(yùn)用摻雜等手段，但都沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的理想效果。 為了進(jìn)一步了解BW-BTN共生陶瓷，利用HP4192A低頻阻抗分析儀對(duì)鐵電相變、弛豫以及傳導(dǎo)行為進(jìn)行了全面的研究。從介溫譜上(5 kHz

5、一個(gè)明顯的弛豫型峰，通過(guò)氧氣氛處理和A位Nd摻雜證實(shí)了該弛豫行為與氧空位有關(guān)，并通過(guò)修正后的Cole-Cole關(guān)系對(duì)該弛豫過(guò)程進(jìn)行描述。擬合得到弛豫激活能為0.76 eV，弛豫展寬因子α為0.4，表明氧空位之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。氧氣氛燒結(jié)和Nd摻雜能減少氧空位的濃度，隨著氧空位濃度的減少，氧空位之間的關(guān)聯(lián)性減弱，弛豫激活能增大。在介電損耗(tan6)和阻抗虛部(z＂)隨頻率(10 Hz-13 MHz)變化譜上觀察到兩個(gè)明顯的弛豫機(jī)制。通