SrBi-,4-Ti-,4-O-,15- B位摻雜和AB位共同摻雜改性研究.pdf

1、本論文著重于層狀鈣鈦礦結構鐵電材料SrBi4Ti4O15(SBTi)的B位和AB位共同摻雜改性研究。對它們陶瓷樣品的微結構、鐵電、介電和壓電性能的研究，有助于了解摻雜對層狀鈣鈦礦結構鐵電材料的性能，特別是剩余極化影響的機理，并指導設計有實用性能的用于非易失性鐵電隨機存儲器的新型鐵電材料。 采用固相燒結工藝，制備了不同W摻雜、W和Nd共同摻雜、Mn和Nd共同摻雜量的SBTi鐵電陶瓷樣品。用X射線衍射對它們的結構進行了分析，用掃描電

2、子顯微鏡觀察了它們的表面形貌，發(fā)現(xiàn)這些樣品都是隨機取向，且摻雜基本未改變材料原來的晶體結構。 鐵電性能測試結果顯示，適當的摻雜量都能有效改善材料的鐵電性能。摻雜后，剩余極化(2Pr)都呈現(xiàn)出先增大，后減小的規(guī)律。高價陽離子W6+摻雜SrBi4Ti4O15中，當摻雜量為0.03，2Pr達到極大值：25.4/μC.cm-2，比未摻雜時增大60％以上。同時，保持了SBTi良好的熱穩(wěn)定性能。這與摻雜導致的氧空位濃度的降低和晶粒尺寸增大有

3、關。一方面，高價的陽離子摻雜，降低了氧空位濃度，使可反轉的疇的數目增多，增大了樣品的剩余極化值：另一方面，摻雜使樣品晶粒尺寸增大，從而使樣品的鐵電性能有了明顯的提高。同時樣品的壓電性能也有了很大程度的提高，SBTW-0.03的d33為15pC/N，與SBTi相比提高了大約50％。與同族的Mo摻雜相比較，兩者在改善材料的性能方面有著驚人的相似性。 w6+和Nd3+共同摻雜和Nd3+和Mn4+共同摻雜都未影響SBTi的居里點，保持了

4、SBTi良好的熱穩(wěn)定性能。鐵電性能測試結果顯示，適當的摻雜量都能有效改善材料的鐵電性能。摻雜后，剩余極化(2Pr)都呈現(xiàn)出先增大，后減小的規(guī)律。在W6+和Nd3+共同摻雜中，保持w6+的摻雜量為0.03時，適量的Nd3+摻雜極大地提高了SBTi的2Pr，當Nd3+的摻雜量為0.005時，2Pr達到極大值：35.3μC.cm-2，比未摻雜時增大121％以上。在Nd3+和Mn4+共同摻雜中，在保持Nd3+的摻雜量為0.18的前提下，適量的M

5、n4+摻雜在很程度上提高了SBTi的2Pr，當Mn4+的摻雜量為0.005時，2Pr達到極大值：38.9μC.cm-2，與SBTi相比提高了122％。其提高的幅度遠大于單獨的高價陽離子W6+和Mo6+摻雜。這說明AB位共同摻雜可以顯著地提高材料的剩余極化值，同時基本上保持了材料的良好的熱穩(wěn)定性。這與氧空位濃度的降低有關，同時也與與材料中氧空位動性的減弱有關。因為，摻雜離子的離子半徑與原離子半徑不同，摻雜后將會導致氧八面體周圍的電荷有序性