鈦酸鍶基功能陶瓷的電阻開關與儲能特性研究.pdf

1、鈦酸鍶（SrTiO3）是一種應用廣泛的功能材料，其具有典型的鈣鈦礦結構，不溶于水，溶于酸，熔點為2082℃。鈦酸鍶具有介電常數(shù)高、介電損耗低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。廣泛應用于電子、機械和陶瓷工業(yè)。作為功能材料，鈦酸鍶具有禁帶寬度高（3.4 eV）、光催化活性優(yōu)良等特點。高質(zhì)量的鈦酸鍶制造的高壓電容器、晶界層電容器、壓敏電阻、熱敏電阻以及其它電子元件，具有高性能、高可靠性、體積小等優(yōu)點。以鈦酸鍶為原材料的電子元器件占據(jù)了電子元器件市場總量的5

2、％-15%，但早期大多數(shù)研究集中于其介電和熱導方面。
　　隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)生活中人們對集成系統(tǒng)的密集化、輕量化和多功能化的要求越來越高。因此，通過各種方法改善鈦酸鍶性能，使其具備多功能性具有十分重要的意義。本文對鈦酸鍶陶瓷做了一系列摻雜改進，主要實驗及結果包括以下幾個方面：
　　第一，以高溫固相法制備了鈦酸鍶（SrTiO3）陶瓷。XRD結果顯示出樣品結晶良好，具有典型鈣鈦礦結構。介電溫譜展示了樣品的高溫介電弛豫現(xiàn)象。通過

3、擬合計算出了SrTiO3在1 kHz下的電導活化能Ec為0.62 eV，因此可以說明其高溫介電弛豫是由氧空位引起的。此外，樣品展現(xiàn)出良好的單極電阻開關效應，并用氧空位與電流的熱效應競爭機制解釋了開關過程。
　　第二，采用高溫固相法制備了鋇和鋯摻雜的鈦酸鍶（BaxSr1-xZr0.1Ti0.9O3，x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）系列陶瓷。所有樣品表現(xiàn)出良好的鈣鈦礦結構。Ba2+的摻雜會影響樣品的結構，使晶格常數(shù)增大

4、。所有樣品都展現(xiàn)出高溫介電弛豫行為。鋇離子含量不超過30%時，樣品展現(xiàn)出較好的的電阻開關效應，而大于30%時，電阻開關效應消失。為了證明高溫介電弛豫行為和電阻開關效應是與樣品在燒結過程中產(chǎn)生的氧空位有關系的，我們通過對各樣品的阻抗進行了擬合分析，并計算出了活化能Ea。得到的所有活化能都在1 eV到2 eV之間，進一步確定了引起開關效應的根本原因是陶瓷在高溫燒結過程中產(chǎn)生了氧空位。
　　第三，實驗采用傳統(tǒng)的高溫固相法制備了鉛摻雜鈦酸

5、鍶（PbxSr1-xTiO3，x=0.4,0.45,0.5）系列陶瓷。所有樣品成相較好。樣品表現(xiàn)出良好的介電性能，其對應鐵電相到順電相相變溫度分別為98℃，138℃和182℃。所有的樣品在高溫部分出現(xiàn)介電弛豫現(xiàn)象。通過擬合得到各樣品對應的活化能分別為1.75 eV，1.83 eV和1.77 eV。此外，我們還對樣品的鐵電以及鐵電儲能特性進行了研究。所有樣品表現(xiàn)出良好的鐵電性能。在100℃下，Pb0.4Sr0.6TiO3的儲能效率達到77

6、.35%，大于Pb0.45Sr0.55TiO3（58.22%）和Pb0.5Sr0.5TiO3（37.87%）。在進一步的研究中我們發(fā)現(xiàn)：在90 oC附近，Pb0.4Sr0.6TiO3的儲能效率達到最大，約為79.82%。鈦酸鍶鉛陶瓷擁有諸多優(yōu)越的性能，能夠運用到許多領域。
　　最后，本文還對鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（0.91Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3）單晶的電卡效應和電阻開關效應做了研究。樣品展現(xiàn)了良好的介電性