新型鉍基焦綠石介電材料的離子取代改性研究.pdf

1、本文在新開發(fā)的高性能四元系焦綠石高頻介電材料的基礎上,依據(jù)焦綠石結晶化學原理,通過對A位,B位離子的取代,研究不同取代離子對焦綠石結構和性能的影響,討論材料結構,相組成對其介電性能和介電弛豫的作用機制,主要研究結果如下:
　　(1)通過配方(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7(M=Mg、Zn、Ca、Sr)研究了四種不同的A位二價離子對材料結構和介電性能的影響,系列樣品均形成了焦綠石主晶相結構,和(Bi1.5MgxZn

2、0.5-x)(Zr1.5Nb0.5)O7(BZMZN)(x=0.1、0.2、0.3、0.5)系列陶瓷樣品。在(Bi1.5M0.5)(Zr1.5Nb0.5)O7系列材料中,隨著取代離子半徑的增大,材料介電常數(shù)先增大后減小,這主要與取代離子極化率和離子半徑有關。系列材料的介電常數(shù)溫度系數(shù)均為正值,這與材料中微量的ZrO2雜相有關。在 BZMZN材料中,介電常數(shù)隨二價離子極化率增加而增加。系列陶瓷材料在低溫下均出現(xiàn)了介電弛豫現(xiàn)象,利用德拜模型

3、和新玻璃模型進行介電弛豫擬合,發(fā)現(xiàn)其介電弛豫可能是源于焦綠石材料結構中A-O'-A鏈的短程有序,尤其是Bi-O'-Bi的有序結構。
　　(2)通過不同四價離子對 B位離子的取代,研究了(Bi1.5Zn0.5)(M1.5Ta0.5)O7(BZMT)(M=Ti、Sn、Zr、Ce)系列陶瓷材料。在BZMT陶瓷體系中,對材料的相結構分析發(fā)現(xiàn),要獲得單一的焦綠石相結構,B位四價離子的取代半徑應不超過0.72?。材料的介電常數(shù)隨四價離子在BO

4、6八面體中可偏移程度的增大而增加。對BZST,BZZT,BZCT低溫下的介電損耗峰進行德拜模型擬合,BZST和BZZT的低溫弛豫現(xiàn)象與A位離子有序結構有關, BZCT的弛豫現(xiàn)象是由于偶極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,隨著Sb5+取代量的增加,材料介電常數(shù)減少,這可能是因為小極化率的Sb5+的引入使得整體極化率變小,介電常

5、數(shù)減小。材料在高溫下產(chǎn)生了介電弛豫現(xiàn)象,這可能是與材料中偶極子的動態(tài)響應有關。
　　(3)通過稀土離子Y3+、La3+對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。當Y3+取代量不大于0.4時,其結構為單一的