稀土鐵石榴石陶瓷的介電弛豫特性.pdf

1、作為一類應用廣泛的磁光、微波磁性材料，稀土鐵石榴石的各種磁性能及磁光特性已經(jīng)被廣泛地研究。近年來，稀土鐵石榴石作為一類磁性電介質(zhì)材料也開始越來越受到關(guān)注。由于稀土鐵石榴石材料的磁有序溫度大多在室溫以上，它們在室溫下作為磁性電介質(zhì)材料具有廣闊的應用前景。為了更好地理解稀土鐵石榴石材料的介電特性，特別是其介電弛豫特性，為其實用化打下堅實的基礎，本論文通過對稀土鐵石榴石陶瓷在寬溫寬頻范圍內(nèi)的介電性能的研究，探討了其介電弛豫的物理機制與結(jié)構(gòu)根源

2、。 釔鐵石榴石(Y<,3>Fe<,5>O<,12>，YIG)陶瓷在125 K-620 K的溫度范圍內(nèi)中存在著三個介電弛豫，即一個低溫介電常數(shù)平臺及兩個高溫介電弛豫。三個具有頻率色散性的介電弛豫，均符合Arrhenius熱激發(fā)定律。對低溫下的介電弛豫做修正的Debye方程擬合，得到其激活能是E<,a>=0.29 eV，這與Fe<'2+>與Fe<'3+>形成的偶極子之間電荷躍遷過程的激活能一致，表明該介電弛豫是晶粒內(nèi)部Fe<'2+>

3、與Fe<'3+>之間電荷躍遷的偶極子效應所造成的。在高溫出現(xiàn)的兩個介電弛豫分別對應不同的頻率范圍：低頻的介電弛豫的激活能是E<,a>=0.84 eV，該激活能與由晶界引起的介電弛豫激活能很接近，表明這一介電弛豫可能起源于非均質(zhì)結(jié)構(gòu)如晶界等；寬頻下的介電弛豫的激活能則和YIG陶瓷直流電導的激活能十分接近，這說明了寬頻下的介電弛豫和電導之間有著密切的關(guān)系。 在鋁部分取代鐵的釔鐵石榴石(YIG：Al)陶瓷中，也同樣存在著與YIG陶瓷相

4、對應的三個介電弛豫。其中，低溫的介電常數(shù)平臺急劇增大，同時激活能也增大。這是因為當Al離子進入晶格并部分取代Fe離子后，由于Al離子的占位和價態(tài)穩(wěn)定，使陶瓷晶粒內(nèi)部Fd<'2+>與Fe<'3+>之間電荷轉(zhuǎn)移躍遷過程的距離變長，偶極子對之間的距離變大，增加了電荷的躍遷難度，使激活能增加，同時也使熱弛豫極化率α<,T>變大造成低溫區(qū)ε'的增大。高溫區(qū)出現(xiàn)的兩個介電弛豫，通過比較其與YIG陶瓷在對應溫區(qū)介電弛豫的激活能發(fā)現(xiàn)，激活能相對YIG陶

5、瓷都有所下降。其中400 K～600 K溫區(qū)的介電弛豫主要起源于非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，如晶界等。與YIG陶瓷不同的是，280 K～400 K溫區(qū)的介電弛豫的激活能與電導的激活能相差較大，這可能與Al部分取代Fe后其導電機理的變化有關(guān)，具體原因還需要進一步研究。 Tb<,0.91>Yb<,1.38>Bi<,0.71>Fe<,5>O<,12>(TYBIG)陶瓷在125 K到620 K的溫度范圍內(nèi)存在著兩個具有頻率色散性的介電弛豫。低溫介電弛豫