摻雜及共生對(duì)鐵電材料Bi-,3-TiNbO-,9-結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料Bi<,3>TiNbO<,9>(BTN)及其共生結(jié)構(gòu)Bi<,3>TiNbO<,9>-Bi<,4>Ti<,3>O<,12>(BTN-BIT)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)全面的研究。 Bi<,3>TiNbO<,9>是Aurivillius在1949年發(fā)現(xiàn)的一種新材料。Subbarao和Newnham研究以后，發(fā)現(xiàn)Bi<,3>TiNbO<,9>是在Bi系層狀鈣鈦礦中有著最高居

2、里溫度的材料，高達(dá)940℃。正因如此，關(guān)于他的電學(xué)性能研究現(xiàn)在還相當(dāng)有限，大部分研究還是在結(jié)構(gòu)與制備工藝的改善上面。我們采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝成功地制備了各向異性的Bi<,3>TiNbO<,9>鐵電陶瓷樣品，Nd摻雜Bi<,3>FiNbO<,9>(摻雜量等于0，0.25，0.50，0.75)，以及Bi<,3>TiNbO<,9>-Bi<,4>Ti<,3>O<,12>共生鐵電陶瓷樣品。對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)，鐵電性能以及介電性能進(jìn)行了系統(tǒng)自勺研究。

3、 用X射線衍射和Raman光譜分析Bi<,3-x>Nd<,x>TiNbO<,9>(NBTN<,-x>，x=0.00～0.75)陶瓷的微結(jié)構(gòu)，隨著Nd含量的不斷增加，NBTN-x陶瓷由正交相結(jié)構(gòu)x=0)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较嘟Y(jié)構(gòu)(x=0.75)。除了XRD提供有力的證據(jù)以外，拉曼光譜分析進(jìn)一步得到微結(jié)構(gòu)的相變主要是由Nd取代了A位的Bi離子有關(guān)，減弱了Ti/UNbO<,6>八面體的扭曲，隨著Nd摻雜量的增加，Ti/NbO<,6>八面體的扭曲

4、逐漸弱化。通過(guò)鐵電測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)BTN材料的剩余極化值只有3.7,μC·cm<'-2>，并且A位Nd摻雜并沒(méi)有改善Bi<,3>TiNbO<,9>材料的鐵電性能，而從介電結(jié)果來(lái)看，BTN-x的相變溫度從940℃逐漸下降，當(dāng)摻雜量為0.75時(shí)，居里溫度達(dá)到了480℃。而居里溫度降低則說(shuō)明了晶格畸變變小，導(dǎo)致鐵電性能變?nèi)酰@與X射線衍射和Raman光譜分析得出的結(jié)論完全一致。從cole-cole關(guān)系擬合得到BTN-x樣品中氧空位的電導(dǎo)激活能依

5、次是0.648 eV、0.757 eV、0.999 eV和1.003 eV。 對(duì)于BTN-BIT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與BTN相比有了很大的提高，達(dá)到了10.17μC·cm<'-2>，但是電滯回線飽和度不足。我們嘗試了多種方法試圖來(lái)得到更好的鐵電性能，包括調(diào)節(jié)Bi過(guò)量的比例，極速淬火，氧氣氛燒結(jié)等手段，但都沒(méi)有達(dá)到預(yù)