鈦酸鋇基多相復(fù)合高介電材料研究.pdf

1、電介質(zhì)材料主要應(yīng)用于電容器和電絕緣體當(dāng)中。隨著電力電子設(shè)備發(fā)展的日新月異，電子元器件(如電容器等)向高儲能、小型化的方向發(fā)展。這就要求人們不斷研究和制備高介電常數(shù)復(fù)合材料。 滲流理論為高介電常數(shù)復(fù)合材料的研發(fā)提供了很好的指導(dǎo)意義。滲流理論是一種用來描述異相復(fù)合體系中某相的長程聯(lián)結(jié)性的統(tǒng)計(jì)理論。對于導(dǎo)體—絕緣體復(fù)合材料，當(dāng)導(dǎo)體的含量低于滲流閾值但又接近滲流閾值時(shí)，復(fù)合材料將具有異常大的介電常數(shù)。這種性質(zhì)可以利用來制備高介電常數(shù)電介

2、質(zhì)材料。 在本文中，利用滲流理論研究了以不同形狀和性質(zhì)的無機(jī)導(dǎo)電體填充鈦酸鋇基體所形成的復(fù)合材料的介電性能。采用固相燒結(jié)的方法在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中燒結(jié)制備了鈦酸鋇/乙炔黑復(fù)合材料、NiO-BaTiO3復(fù)相材料、BaTiO3-Ni復(fù)合材料、Fe-Ni-BaTiO3三元復(fù)合材料以及BaTiO3-Ni0.5Zn0.5Fe2O4復(fù)合材料，利用XRD和SEM等手段對材料的物相組成和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，利用阻抗分析儀等儀器對材料的電性能、磁性能進(jìn)

3、行了研究。 研究結(jié)果表明：對于導(dǎo)體/鈦酸鋇復(fù)合材料，一定量的導(dǎo)體的引入可以大幅提高材料的介電常數(shù)。而且滲流閾值的大小與導(dǎo)電相的形狀、顆粒大小緊密相關(guān)。 (1)對于鈦酸鋇/乙炔黑復(fù)合材料，材料的致密度和鈦酸鋇顆粒度均隨著燒結(jié)溫度的升高而增大，從而導(dǎo)致滲流閾值隨溫度的升高而有所下降。當(dāng)乙炔黑的含量在滲流閾值附近時(shí)，材料的介電常數(shù)得到了顯著的提高，最高可達(dá)40000左右，比鈦酸鋇基體材料的介電常數(shù)有了12倍左右的提高，而且復(fù)合

4、材料的介電常數(shù)隨溫度的變化并不明顯。 (2)對于BaTiO3-Ni復(fù)合材料和Fe-Ni-BaTiO3三元復(fù)合材料，富有彈性的金屬的引入在很大程度上稀釋了材料的內(nèi)應(yīng)力從而降低了體系的介電損耗。與此同時(shí)，金屬相的引入可以大幅提高材料的介電常數(shù)。值得注意的是，由于復(fù)合體系中鈦酸鋇晶體的晶粒尺寸較小，在滲流閾值附近材料的介電常數(shù)隨溫度變化不大，其電容量溫度系數(shù)一般保持在10％左右，從而具有成為X7R電容器材料的潛力。 (3)這種

5、由導(dǎo)體和絕緣體共同構(gòu)成的滲流復(fù)合材料介電常數(shù)的提高，一方面是由于許許多多的導(dǎo)體團(tuán)簇被極薄的電介質(zhì)層所隔斷，形成了許許多多的微電容器，從而導(dǎo)致了宏觀上的高介電常數(shù)；另一方面則是由于空間電荷極化的作用。研究表明，隨著導(dǎo)體含量向滲流閾值逼近，微電容器效應(yīng)和空間電荷極化的貢獻(xiàn)都不斷增大。 對于NiO-BaTiO3復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)陶瓷中鈣鈦礦相實(shí)際以固溶Ni的固溶體存在，且當(dāng)燒結(jié)溫度較低時(shí)，固溶體以典型的Ni組成彌散相存在，復(fù)合材料具有