液相包裹法制備滲流型鐵電-鐵磁復(fù)合材料及性能研究.pdf

1、隨著電子工業(yè)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，器件小型化、多功能化的發(fā)展趨勢(shì)使人們對(duì)集不同性能于一身的多功能材料產(chǎn)生了濃厚的興趣。鐵電/鐵磁復(fù)合材料不僅同時(shí)具有電容和電感兩種特性，而且由于電極化和磁化之間的耦合效應(yīng)，出現(xiàn)單獨(dú)組元所不具備的新性質(zhì)，如磁電效應(yīng)，因此受到了研究者的關(guān)注。但由于復(fù)合定律的限制，各單相的性能隨著對(duì)應(yīng)相含量的減少而降低，因此傳統(tǒng)的鐵電/鐵磁復(fù)合材料還很難實(shí)現(xiàn)具有高介電常數(shù)的同時(shí)具有高的磁導(dǎo)率，這不利于真正實(shí)現(xiàn)器件的小型化。

2、 滲流理論為制備高介電常數(shù)鐵電/鐵磁復(fù)合材料的提供了很好的指導(dǎo)意義。將高電導(dǎo)率的鐵磁相與絕緣的鐵電基體復(fù)合，復(fù)合材料的介電常數(shù)在滲流閾值處發(fā)生了顯著增強(qiáng)。然而對(duì)于一般的滲流型鐵電/鐵磁復(fù)合材料，滲流閾值較低，復(fù)合材料的磁性能明顯削弱，且在滲流閾值附近導(dǎo)電相(鐵磁相)含量稍有波動(dòng)時(shí)便會(huì)引起復(fù)合材料介電常數(shù)的急劇變化，這不利于在應(yīng)用領(lǐng)域大批量制備時(shí)在滲流閾值附近得到性能穩(wěn)定、可重復(fù)性的產(chǎn)品。 本文通過(guò)液相包裹法在高電導(dǎo)率的Ni<

3、,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>顆粒表面包裹一層BaTiO<,3>絕緣層。絕緣層的存在有效地阻止了導(dǎo)電相Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>之間的連通，從而使?jié)B流域值出現(xiàn)在Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>含量較高的地方。因此，復(fù)合材料同時(shí)具有高介電常數(shù)和優(yōu)異磁性能。另外，由于低介電第三相BaFe<,12>O<'19>的引入，導(dǎo)致滲流閾值附近的介電常數(shù)基本上不隨Ni<,0.5>Zn<

4、,0.5>Fe<,2>O<,4>含量變化而改變，介電常數(shù)保持在一個(gè)較穩(wěn)定的范圍。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了復(fù)相陶瓷的介電性能和磁性能，并分析了滲流型復(fù)合材料高介電常數(shù)現(xiàn)象的微觀機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)利用自燃燒法制備Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>粉體。以硝酸鹽和甘氨酸為原料，不需經(jīng)過(guò)高溫煅燒階段即可直接合成Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>納米粉。自燃燒后得到的Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O

5、<,4>粉體表現(xiàn)出很好的軟磁性能。 通過(guò)溶膠凝膠包裹法得到x Ni<,0.5>Zn<,0.5>Fe<,2>O<,4>/(1-X)BaTiO<,3>復(fù)合粉體，在不同溫度下燒結(jié)制備復(fù)相陶瓷。研究了燒結(jié)條件對(duì)陶瓷介電性能和磁性能的影響。研究結(jié)果表明，1300℃燒結(jié)得到的陶瓷樣品介電常數(shù)的頻率穩(wěn)定性最好。當(dāng)x≤0.5時(shí)，復(fù)合體系與傳統(tǒng)滲流型復(fù)合材料相似，介電常數(shù)隨著x的增加呈指數(shù)性增長(zhǎng)，而當(dāng)x>0.5時(shí)，復(fù)相陶瓷低頻下的介電常數(shù)基本上不

6、隨x變化而變化，穩(wěn)定在10000左右，此時(shí)由于含有較多的鎳鋅鐵氧體，復(fù)相陶瓷同時(shí)具有可觀的磁性能．在介電分析中觀察到類似于Debye型弛豫，且損耗峰對(duì)應(yīng)的位置隨著溫度的升高往高頻方向移動(dòng)，對(duì)弛豫峰的擬合符合Arrhenius方程．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Maxwell-Wagner機(jī)制導(dǎo)致材料異常高的介電常數(shù)。當(dāng)x=0.8時(shí)，復(fù)相陶瓷此時(shí)飽和磁化強(qiáng)度接近50 emu/g，磁導(dǎo)率在20左右，1kHz下介電常數(shù)可高達(dá)10000，介電損耗低于0.5，低頻下介