新型铋基焦绿石介电材料的离子取代改性研究
本文在新开发的高性能四元系焦绿石高频介电材料的基础上,依据焦绿石结晶化学原理,通过对A位,B位离子的取代,研究不同取代离子对焦绿石结构和性能的影响,讨论材料结构,相组成对其介电性能和介电弛豫的作用机制,主要研究结果如下: (1)通过配方(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7(M=Mg、Zn、Ca、Sr)研究了四种不同的A位二价离子对材料结构和介电性能的影响,系列样品均形成了焦绿石主晶相结构,和(Bi1.5MgxZn0.5-x)(Zr1.5Nb0.5)O7(BZMZN)(x=0.1、0.2、0.3、0.5)系列陶瓷样品。在(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7系列材料中,随着取代离子半径的增大,材料介电常数先增大后减小,这主要与取代离子极化率和离子半径有关。系列材料的介电常数温度系数均为正值,这与材料中微量的ZrO2杂相有关。在 BZMZN材料中,介电常数随二价离子极化率增加而增加。系列陶瓷材料在低温下均出现了介电弛豫现象,利用德拜模型和新玻璃模型进行介电弛豫拟合,发现其介电弛豫可能是源于焦绿石材料结构中A-O'-A链的短程有序,尤其是Bi-O'-Bi的有序结构。 (2)通过不同四价离子对 B位离子的取代,研究了(Bi1.5Zn0.5)(M1.5Ta0.5)O7(BZMT)(M=Ti、Sn、Zr、Ce)系列陶瓷材料。在BZMT陶瓷体系中,对材料的相结构分析发现,要获得单一的焦绿石相结构,B位四价离子的取代半径应不超过0.72?。材料的介电常数随四价离子在BO6八面体中可偏移程度的增大而增加。对BZST,BZZT,BZCT低温下的介电损耗峰进行德拜模型拟合,BZST和BZZT的低温弛豫现象与A位离子有序结构有关, BZCT的弛豫现象是由于偶极子的重新取向造成的。在(Bi1.5Sr0.5)(Ti1.5Nb0.5-xSbx)O7(BSTNS)(x=0.1、0.2、0.3、0.5)系列材料中,随着Sb5+取代量的增加,材料介电常数减少,这可能是因为小极化率的Sb5+的引入使得整体极化率变小,介电常数减小。材料在高温下产生了介电弛豫现象,这可能是与材料中偶极子的动态响应有关。 (3)通过稀土离子Y3+、La3+对A位Bi3+的取代,研究了(Bi1.5-xYxZn0.5)(Ti1.5 Nb0.5)O7(BYZTN)(x=0.1、0.2、0.3、0.4)和(Bi1.5-xLaxZn0.5)(Ti1.5Nb0.5)O7(BLZTN)(x=0.1、0.2、0.4、0.5)系列陶瓷材料。当Y3+取代量不大于0.4时,其结构为单一的焦绿石相结构,而La3+离子取代量>0.1时,有LaNbO4杂相产生。随着Y3+取代量的增加,材料介电常数减少,这主要是由于Y离子的极化率较小,使得整体的极化率降低,介电常数减小。在材料BLZTN中出现的介电损耗峰可能是由于缺陷偶极子引起的。
焦绿石介电材料;离子取代改性;结构表征;性能分析
西安科技大学
硕士
材料物理与化学
杜慧玲
2012
中文
TQ174.1
59
2012-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）