摻雜及共生對鐵電材料Bi-,3-TiNbO-,9-結構與性能的研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結構鐵電材料Bi<,3>TiNbO<,9>(BTN)及其共生結構Bi<,3>TiNbO<,9>-Bi<,4>Ti<,3>O<,12>(BTN-BIT)為研究對象，對它們的晶體結構、鐵電及介電性能進行了較為系統(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940℃。正因如此，關于他的電學性能研究現(xiàn)在還相當有限，大部分研究還是在結構與制備工藝的改善上面。我們采用傳統(tǒng)的固相燒結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。對樣品的微結構，鐵電性能以及介電性能進行了系統(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)陶瓷的微結構，隨著Nd含量的不斷增加，NBTN-x陶瓷由正交相結構x=0)轉變?yōu)樗姆较嘟Y構(x=0.75)。除了XRD提供有力的證據(jù)以外，拉曼光譜分析進一步得到微結構的相變主要是由Nd取代了A位的Bi離子有關，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。通過鐵電測量，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摻雜并沒有改善Bi<,3>TiNbO<,9>材料的鐵電性能，而從介電結果來看，BTN-x的相變溫度從940℃逐漸下降，當摻雜量為0.75時，居里溫度達到了480℃。而居里溫度降低則說明了晶格畸變變小，導致鐵電性能變弱，這與X射線衍射和Raman光譜分析得出的結論完全一致。從cole-cole關系擬合得到BTN-x樣品中氧空位的電導激活能依

5、次是0.648 eV、0.757 eV、0.999 eV和1.003 eV。 對于BTN-BIT共生陶瓷，用X射線衍射和拉曼光譜對共生材料的微觀結構進行分析，表明共生結構已經形成并且沒有雜相。鐵電性能測試結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得到更好的鐵電性能，包括調節(jié)Bi過量的比例，極速淬火，氧氣氛燒結等手段，但都沒有達到預