SrBi-,4-Ti-,4-O-,15- A位摻雜及其共生結(jié)構(gòu)B位摻雜研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料SrBi4Ti4O15(SBTi)和Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15(BIT-SBTi)共生結(jié)構(gòu)為研究對象，研究A、B位摻雜對材料的晶體結(jié)構(gòu)、鐵電和介電性能的影響，分析了摻雜對材料的剩余極化和矯頑場的可能影響機(jī)制。 SBTi類鈣鈦礦層的A位含有兩種陽離子：三價的Bi3+和二價的Sr2+。基于傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝，制備了用三價的鑭系元素離子Nd3+等價摻雜SBTi的Bi3+位樣品和用La3+不

2、等價摻雜SBTi的Sr2+位樣品，以及用ⅦB族元素W6+高價摻雜BIT-SBTi共生材料B位的樣品。用X射線衍射(XRD)對它們的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)摻雜基本未改變材料原來的晶體結(jié)構(gòu)，且樣品均呈隨即取向。實驗結(jié)果顯示，通過適量的Nd摻雜，樣品的鐵電性能得到明顯改善，在摻雜量為x=0.18時，2Pr達(dá)到最大值25.8μC·em-2，比未摻雜時增大近56％，Nd摻雜對SBTi的矯頑場Ec影響不大，SrBi3.82Nd0.18Ti4O15

3、的Ec為80kV·cm-1，和未摻雜時相比變化很小。在摻雜量高于x=0.18時，2Pr逐漸減小。這種摻雜導(dǎo)致的先增后減的變化規(guī)律，是摻雜導(dǎo)致材料中氧空位濃度逐漸降低所產(chǎn)生的積極因素和摻雜導(dǎo)致的晶格畸變程度逐漸減小以及摻雜離子進(jìn)入(Bi2O2)2+層所帶來的消極因素相互妥協(xié)的結(jié)果。當(dāng)摻雜量高于0.75時，樣品中出現(xiàn)了弛豫鐵電體的典型特征，這是由于高摻雜量下，摻雜離子進(jìn)入(Bi2O2)2+層，一方面導(dǎo)致出現(xiàn)鐵電相到順電相的結(jié)構(gòu)相變，同時，也

4、破壞了(Bi2O2)2+層的空間電荷庫作用和絕緣層作用，削弱了它對氧空位的吸附，從而增加了局域應(yīng)力場，影響鐵電宏疇之間的相互作用，因而材料中鐵電宏疇區(qū)域隨摻雜量增加而逐漸減小，以至于形成在順電相背景下鐵電微疇的分布。 在La3+取代Sr2位的樣品中，我們同樣發(fā)現(xiàn)了類似的2Pr變化規(guī)律，在x=0.30時，2Pr達(dá)到最大值23.1μC·cm-2，Ec為79.6kV·cm-1，相比未摻雜樣品，2Pr提升了34％，而Ec下降了約8％，鐵

5、電性能明顯改善。當(dāng)三價的La3+取代二價的Sr2+后，由于電荷電中性的限制，就會出現(xiàn)La·Sr和V″Sr的空位對，這些空位對在居里溫度以下動性很低。伴隨著這些空位對產(chǎn)生的隨機(jī)場會有助于已釘雜疇的解釘雜，從而增加可反轉(zhuǎn)疇的數(shù)量，導(dǎo)致2Pr增加。另一方面，隨機(jī)場也會降低新疇成核的激活能，從而導(dǎo)致Ec的降低。 在W摻雜量為x=0.03的BIT-SBTi樣品中，我們發(fā)現(xiàn)樣品的2Pr顯著增加，從零摻雜量時的19.1μC·cm-2，增加到了