鈦酸鍶基功能陶瓷的電阻開關(guān)與儲(chǔ)能特性研究.pdf

1、鈦酸鍶（SrTiO3）是一種應(yīng)用廣泛的功能材料，其具有典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，不溶于水，溶于酸，熔點(diǎn)為2082℃。鈦酸鍶具有介電常數(shù)高、介電損耗低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械和陶瓷工業(yè)。作為功能材料，鈦酸鍶具有禁帶寬度高（3.4 eV）、光催化活性優(yōu)良等特點(diǎn)。高質(zhì)量的鈦酸鍶制造的高壓電容器、晶界層電容器、壓敏電阻、熱敏電阻以及其它電子元件，具有高性能、高可靠性、體積小等優(yōu)點(diǎn)。以鈦酸鍶為原材料的電子元器件占據(jù)了電子元器件市場(chǎng)總量的5

2、％-15%，但早期大多數(shù)研究集中于其介電和熱導(dǎo)方面。
　　隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)生活中人們對(duì)集成系統(tǒng)的密集化、輕量化和多功能化的要求越來(lái)越高。因此，通過各種方法改善鈦酸鍶性能，使其具備多功能性具有十分重要的意義。本文對(duì)鈦酸鍶陶瓷做了一系列摻雜改進(jìn)，主要實(shí)驗(yàn)及結(jié)果包括以下幾個(gè)方面：
　　第一，以高溫固相法制備了鈦酸鍶（SrTiO3）陶瓷。XRD結(jié)果顯示出樣品結(jié)晶良好，具有典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。介電溫譜展示了樣品的高溫介電弛豫現(xiàn)象。通過

3、擬合計(jì)算出了SrTiO3在1 kHz下的電導(dǎo)活化能Ec為0.62 eV，因此可以說明其高溫介電弛豫是由氧空位引起的。此外，樣品展現(xiàn)出良好的單極電阻開關(guān)效應(yīng)，并用氧空位與電流的熱效應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制解釋了開關(guān)過程。
　　第二，采用高溫固相法制備了鋇和鋯摻雜的鈦酸鍶（BaxSr1-xZr0.1Ti0.9O3，x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）系列陶瓷。所有樣品表現(xiàn)出良好的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。Ba2+的摻雜會(huì)影響樣品的結(jié)構(gòu)，使晶格常數(shù)增大

4、。所有樣品都展現(xiàn)出高溫介電弛豫行為。鋇離子含量不超過30%時(shí)，樣品展現(xiàn)出較好的的電阻開關(guān)效應(yīng)，而大于30%時(shí)，電阻開關(guān)效應(yīng)消失。為了證明高溫介電弛豫行為和電阻開關(guān)效應(yīng)是與樣品在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的氧空位有關(guān)系的，我們通過對(duì)各樣品的阻抗進(jìn)行了擬合分析，并計(jì)算出了活化能Ea。得到的所有活化能都在1 eV到2 eV之間，進(jìn)一步確定了引起開關(guān)效應(yīng)的根本原因是陶瓷在高溫?zé)Y(jié)過程中產(chǎn)生了氧空位。
　　第三，實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)的高溫固相法制備了鉛摻雜鈦酸

5、鍶（PbxSr1-xTiO3，x=0.4,0.45,0.5）系列陶瓷。所有樣品成相較好。樣品表現(xiàn)出良好的介電性能，其對(duì)應(yīng)鐵電相到順電相相變溫度分別為98℃，138℃和182℃。所有的樣品在高溫部分出現(xiàn)介電弛豫現(xiàn)象。通過擬合得到各樣品對(duì)應(yīng)的活化能分別為1.75 eV，1.83 eV和1.77 eV。此外，我們還對(duì)樣品的鐵電以及鐵電儲(chǔ)能特性進(jìn)行了研究。所有樣品表現(xiàn)出良好的鐵電性能。在100℃下，Pb0.4Sr0.6TiO3的儲(chǔ)能效率達(dá)到77

6、.35%，大于Pb0.45Sr0.55TiO3（58.22%）和Pb0.5Sr0.5TiO3（37.87%）。在進(jìn)一步的研究中我們發(fā)現(xiàn)：在90 oC附近，Pb0.4Sr0.6TiO3的儲(chǔ)能效率達(dá)到最大，約為79.82%。鈦酸鍶鉛陶瓷擁有諸多優(yōu)越的性能，能夠運(yùn)用到許多領(lǐng)域。
　　最后，本文還對(duì)鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（0.91Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3）單晶的電卡效應(yīng)和電阻開關(guān)效應(yīng)做了研究。樣品展現(xiàn)了良好的介電性