Bi-,2-WO-,6-及其共生Bi-,5-TiNbWO-,15-結構和性能研究.pdf

1、本論文以層狀鈣鈦礦結構鐵電材料Bi2W06(BW)及其共生結構Bi<,2>WO<,6>-Bi<,3>TiNbO<,9>(BW-BTN)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)和全面的研究。 Bi<,2>WO<,6>是層狀鈣鈦礦結構鐵電材料中層數最少、結構最為簡單的一種，A位的Bi<'3+>離子和Bi<,2>O<,2>層中的Bi<'3+>共用。采用傳統(tǒng)的固相燒結工藝制備了不同Bi過量(Bi<,2>O<,3>過量值

2、分別為0.0％、2.0％、3.5％和5.0％)的Bi2W06鐵電陶瓷樣品。對樣品的微結構，鐵電性能以及內部空位的濃度和動性進行了系統(tǒng)的研究。結果發(fā)現隨著Bi含量的增加，樣品的剩余極化值減小，而擊穿電壓增大，當Bi過量5.0％時，擊穿電場強度達到了600kV/cm。在此制備條件下，樣品最佳的Bi過量值約為3.5％，此時，氧空位濃度明顯降低。隨著Bi過量的進一步增加，缺陷的濃度又有所增加。從cole-cole關系擬合得到四種樣品中氧空位的電

3、導激活能依次是0.97 eV、1.07 eV、1.18 eV和1.33 eV。這表明空位的動性隨著Bi含量的增加而減弱。這可能是由于鉍氧層相對于類鈣鈦礦層數目增加使得絕緣作用增強而導致的。 對于BW-BTN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非常差，電滯回線嚴重畸變。我們嘗試了多種方法試圖來改善其鐵電性能，包括改進工藝、調整原料配

4、比以及運用摻雜等手段，但都沒有達到預期的理想效果。 為了進一步了解BW-BTN共生陶瓷，利用HP4192A低頻阻抗分析儀對鐵電相變、弛豫以及傳導行為進行了全面的研究。從介溫譜上(5 kHz

5、一個明顯的弛豫型峰，通過氧氣氛處理和A位Nd摻雜證實了該弛豫行為與氧空位有關，并通過修正后的Cole-Cole關系對該弛豫過程進行描述。擬合得到弛豫激活能為0.76 eV，弛豫展寬因子α為0.4，表明氧空位之間存在很強的關聯性。氧氣氛燒結和Nd摻雜能減少氧空位的濃度，隨著氧空位濃度的減少，氧空位之間的關聯性減弱，弛豫激活能增大。在介電損耗(tan6)和阻抗虛部(z＂)隨頻率(10 Hz-13 MHz)變化譜上觀察到兩個明顯的弛豫機制。通