SrBi-,4-Ti-,4-O-,15- B位摻雜和AB位共同摻雜改性研究.pdf

1、本論文著重于層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料SrBi4Ti4O15(SBTi)的B位和AB位共同摻雜改性研究。對它們陶瓷樣品的微結(jié)構(gòu)、鐵電、介電和壓電性能的研究，有助于了解摻雜對層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料的性能，特別是剩余極化影響的機理，并指導(dǎo)設(shè)計有實用性能的用于非易失性鐵電隨機存儲器的新型鐵電材料。 采用固相燒結(jié)工藝，制備了不同W摻雜、W和Nd共同摻雜、Mn和Nd共同摻雜量的SBTi鐵電陶瓷樣品。用X射線衍射對它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，用掃描電

2、子顯微鏡觀察了它們的表面形貌，發(fā)現(xiàn)這些樣品都是隨機取向，且摻雜基本未改變材料原來的晶體結(jié)構(gòu)。 鐵電性能測試結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)膿诫s量都能有效改善材料的鐵電性能。摻雜后，剩余極化(2Pr)都呈現(xiàn)出先增大，后減小的規(guī)律。高價陽離子W6+摻雜SrBi4Ti4O15中，當(dāng)摻雜量為0.03，2Pr達(dá)到極大值：25.4/μC.cm-2，比未摻雜時增大60％以上。同時，保持了SBTi良好的熱穩(wěn)定性能。這與摻雜導(dǎo)致的氧空位濃度的降低和晶粒尺寸增大有

3、關(guān)。一方面，高價的陽離子摻雜，降低了氧空位濃度，使可反轉(zhuǎn)的疇的數(shù)目增多，增大了樣品的剩余極化值：另一方面，摻雜使樣品晶粒尺寸增大，從而使樣品的鐵電性能有了明顯的提高。同時樣品的壓電性能也有了很大程度的提高，SBTW-0.03的d33為15pC/N，與SBTi相比提高了大約50％。與同族的Mo摻雜相比較，兩者在改善材料的性能方面有著驚人的相似性。 w6+和Nd3+共同摻雜和Nd3+和Mn4+共同摻雜都未影響SBTi的居里點，保持了

4、SBTi良好的熱穩(wěn)定性能。鐵電性能測試結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)膿诫s量都能有效改善材料的鐵電性能。摻雜后，剩余極化(2Pr)都呈現(xiàn)出先增大，后減小的規(guī)律。在W6+和Nd3+共同摻雜中，保持w6+的摻雜量為0.03時，適量的Nd3+摻雜極大地提高了SBTi的2Pr，當(dāng)Nd3+的摻雜量為0.005時，2Pr達(dá)到極大值：35.3μC.cm-2，比未摻雜時增大121％以上。在Nd3+和Mn4+共同摻雜中，在保持Nd3+的摻雜量為0.18的前提下，適量的M

5、n4+摻雜在很程度上提高了SBTi的2Pr，當(dāng)Mn4+的摻雜量為0.005時，2Pr達(dá)到極大值：38.9μC.cm-2，與SBTi相比提高了122％。其提高的幅度遠(yuǎn)大于單獨的高價陽離子W6+和Mo6+摻雜。這說明AB位共同摻雜可以顯著地提高材料的剩余極化值，同時基本上保持了材料的良好的熱穩(wěn)定性。這與氧空位濃度的降低有關(guān)，同時也與與材料中氧空位動性的減弱有關(guān)。因為，摻雜離子的離子半徑與原離子半徑不同，摻雜后將會導(dǎo)致氧八面體周圍的電荷有序性