濕化學(xué)合成法制備CaCu3Tu3Ti4O12及其介電機(jī)理研究.pdf

1、由于電子線路呈現(xiàn)微型化、高頻化的發(fā)展趨勢(shì),因而要求電子元件的尺寸越來越小,同時(shí)要求可靠性高、集成度高且價(jià)格低廉。近年來一種新的具有巨介電常數(shù)的體心立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料CaCu3Ti4O12(CCTO)引起了研究人員的關(guān)注。這種材料的研究不僅具有理論上的意義,還在于實(shí)際應(yīng)用方面。搞清CCTO巨介電常數(shù)的產(chǎn)生機(jī)理就顯得尤為重要,本文從濕化學(xué)合成方法的角度出發(fā),研究了CCTO的介電性能方面的問題。與同類研究相比,本文旨在突出研討CCTO中的缺

2、陷結(jié)構(gòu)及其分布對(duì)其介電性能的影響的重要性。
　　 首先采用Sol-Gel方法合成CCTO粉體,并分別在空氣氣氛和純氧氣氛中進(jìn)行燒結(jié)制備CCTO陶瓷樣品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明純氧氣氛中燒結(jié)的CCTO陶瓷具有較低的介電常數(shù),較高的晶界電阻率以及線性電流.電壓特性。但同時(shí)也證實(shí)了CCTO晶粒的半導(dǎo)化不必依賴得失氧,晶粒內(nèi)的導(dǎo)電電子濃度基本上由陽離子缺陷如Cu/Ca反位缺陷等提供。結(jié)合XPS分析的結(jié)果,銅和鈦元素的離子價(jià)態(tài)及氧空位等缺陷在CCT

3、O陶瓷晶界扮演了關(guān)鍵性的角色并對(duì)CCTO粉體的燒結(jié)性能以及陶瓷的電學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。說明理解CCTO的巨介電常數(shù)特性的關(guān)鍵因素與它的缺陷結(jié)構(gòu)及其分布特征有關(guān)。
　　 此外,為獲得高純度單相CCTO原料,我們還詳細(xì)討論了草酸鹽共沉淀工藝路線合成CCTO粉體方面的問題。并對(duì)比研究了不同燒結(jié)制度對(duì)CCTO陶瓷介電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)在高溫?zé)Y(jié)過程中,當(dāng)溫度高于一定溫度時(shí),CCTO材料內(nèi)將產(chǎn)生大量氧空位缺陷和低價(jià)態(tài)陽離子缺陷,其濃度在

4、一定范圍內(nèi)隨外部條件變化而變化。并且可以推斷此時(shí)CCTO低頻范圍的介電性能與氧空位的含量關(guān)系密切。較高的氧空位缺陷濃度使樣品具有較高的電導(dǎo)率。并且由于晶界結(jié)構(gòu)疏松,相對(duì)晶粒體相更多的氧空位缺陷被凍結(jié)在晶界,使得晶界電導(dǎo)率增加,CCTO介電常數(shù)增大的同時(shí)漏導(dǎo)損耗也增大。
　　 在共沉淀合成CCTO粉體及氣氛燒結(jié)結(jié)果的基礎(chǔ)上,研究了B位改性摻雜CCTO陶瓷。研究了異價(jià)金屬離子AlB+和同價(jià)態(tài)金屬離子Zr4+分別置換Ti4+后,CCT

5、O的結(jié)構(gòu)與介電性能。發(fā)現(xiàn)異價(jià)離子Al3+的置換易導(dǎo)致CCTO中的Cu組分偏析于晶界,并且在高溫液相輔助和高氧空位濃度的作用下迅速燒結(jié)成晶粒粗大的致密陶瓷。與此相反,化學(xué)穩(wěn)定性更高的同價(jià)離子Zr4+的置換,則降低了粉體顆粒的燒結(jié)活性,降低了晶粒尺寸。但兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果共同說明選取適當(dāng)?shù)娜〈?通過補(bǔ)償或抑制CCTO中的氧空位,在一定的工藝條件下可以獲得具有較好介電性能的CCTO基陶瓷材料。除了摻雜,本文還研究了熔鹽包覆法制備CCTO/ZT復(fù)