CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷在太赫兹频段的介电特性研究

针对太赫兹(1 THz=1012Hz)电容器件发展的需求,研究了呈现巨介电和不呈现巨介电两种状态Ca Cu3Ti4O12(CCTO)陶瓷在THz波段的介电响应特性。在微波波段,小颗粒(Φ2μm)CCTO的介电常数εr700,无巨介电特征,而大颗粒(Φ10μm)CCTO的εr2000,呈现巨介电特征;两组CCTO陶瓷的介电损耗值Tanδ在0.1~0.6之间。然而,在THz波段,两种颗粒度CCTO的介电常数几乎完全相等(εr=72±3),且损耗不超过0.18。实验结果表明,CCTO陶瓷组分的离子极化率主导了在THz波段的介电常数εr,而大颗粒CCTO对THz电磁波的散射超过小颗粒CCTO,导致介电损耗值Tanδ上升。因此,在THz波段,降低CCTO颗粒大小不会影响介电常数,反而能够降低介电损耗。这一结果表明CCTO陶瓷是制备THz波段电容的理想介电材料。     

钆掺杂对0.7BiFe_(0.95)Ga_(0.05)O_3-0.3BaTiO_3陶瓷的结构、介电性能和多铁性能的影响

采用固相烧结法制备了不同Gd掺杂含量的0.7Bi_(1-x)Gd_(x)Fe_(0.95)Ga_(0.05)O_(3)-0.3BaTiO_3(BG_xFG-BT,x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷,系统研究了Gd掺杂对BG_xFG-BT陶瓷的晶体结构、微观形貌、介电性能以及多铁性能的影响.通过X射线衍射图谱分析、扫描电镜形貌分析、X射线光电子能谱分析等工具表明,Gd掺杂会使BG_xFG-BT陶瓷由菱面体(R3c)结构转变为赝立方(P4mm)结构,晶粒尺寸会明显减小,从未掺入Gd时的6.2μm)降低到约3.2μm左右,同时发现少量的Gd掺杂能够抑制BFG-BT陶瓷中Fe~(2+)离子的产生,减少氧空位的存在.最终导致,在适量的Gd掺杂下,陶瓷的介电性能和铁电性能均得到明显改善.适量的Gd掺杂可使介电常数增加、介电损耗减少、电滞回线形状改善、剩余电极化强度增加(最高达9.06μC/cm~2).同时,在磁性能方面,Gd掺杂陶瓷均表现铁磁性,剩余磁极化强度与饱和磁化强度均有显著提高.     

高温无铅BaTiO_3-(Bi_(1/2)Na_(1/2))TiO_3正温度系数电阻陶瓷阻抗和介电谱分析

采用固相反应法制备了Y2O3施主掺杂的92 mol%BaTiO3-8 mol%(Bi1/2Na1/2)TiO3(BBNT8)高温无铅正温度系数电阻(positive temperature coe?cient resistivity,PTCR)陶瓷.利用透射电镜观察材料的显微结构,发现陶瓷的显微结构主要包括晶粒和晶界两部分,观察不到明显的壳层结构.进一步利用交流阻抗谱研究了陶瓷的宏观电学性能,发现陶瓷的总电阻是晶粒和晶界两部分的贡献,而晶粒电阻很小,在居里温度以上变化不大,材料的PTCR效应主要是晶界部分的贡献.当温度高于居里温度时,随着温度的升高,晶界介电常数逐渐减小,导致势垒增加,晶界电阻增大,从而产生正温度系数效应.最后,通过测试材料的介电频谱特性,研究计算了陶瓷的室温电阻率.     

CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构和电学性能

利用传统的固相反应工艺,在不同的烧结温度下制备了一系列的CaCu3Ti4O12陶瓷样品,考察了其微观结构以及介电和复阻抗方面的电学性质.研究发现这些样品在微观结构方面可分为三种类型,高介电性与微观结构有着密切的关联性.室温下,样品的低频介电常数随陶瓷晶粒尺寸的增大而提高.随着测试温度的升高,不同微观结构类型的样品呈现出不同的电学性质的变化,但其中也存在着一些相同的特征.高温下,介电频谱呈现出一个低频介电响应和两个类Debye型弛豫色散,复阻抗谱呈现出三个Cole-Cole半圆弧.将实验上观测到的电学性质的起因归于陶瓷多晶微结构中的晶畴、晶界和晶粒内的缺陷.     

非线性光学晶体硼酸镧钠(Na_3La_9B_8O_(27))的光谱研究

测量了Na3La9B8O27晶体在紫外-可见光-红外波段的透射光谱和反射光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱。在波长400nm~2000nm范围内,透射比超过80%,禁带宽度为3.93eV,没有明显的缺陷和杂质吸收。测量了该晶体在太赫兹波段的时域光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱、折射光谱,且通过光学常数之间的关系,得到其介电常数ε曲线。在0.3~1.5THz内吸收小于10cm-1。在0.3~2.4THz内,介电常熟实部ε1成近似线性递增趋势,介电常熟虚部ε2小于0.03。     

CaCu3Ti4O12-MgTiO3陶瓷的介电性能与I-V非线性特征

采用固相反应法制备了一系列CaCu₃Ti₄O₁₂-xMgTiO₃(x = 0, 0.25, 0.5, 1.0)复相陶瓷,研究了MgTiO₃掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)陶瓷相结构、显微组织、介电性能和I-V非线性特征的影响.研究发现:MgTiO₃掺杂不仅使CC 关键词： I-V非线性系数')" href="#">I-V非线性系数 巨介电常数 压敏电压     

Fe掺杂CaCu3Ti4O12陶瓷的介电性能与弛豫特性研究

采用固相反应法制备了CaCu3Ti4-xFexO12(0≤x≤0.2)陶瓷,通过x射线衍射、扫描电子显微镜、介电频谱和阻抗谱等手段研究了Fe对CaCu3Ti4O12陶瓷的结构和介电性能的影响.研究发现:CaCu3Ti4-xFexO12陶瓷在x取值范围内形成了连续固溶体.随着Fe含量x的增加,晶粒半导性逐渐消失,介电常数减小.当x≤0.04时,在106-108和103-104 Hz频率范围存在介电弛豫行为I和介电弛豫行为Ⅱ,高频介电弛豫行为I与陶瓷内的晶界阻挡层有关,而低频介电弛豫行为Ⅱ与陶瓷表面层发生的界面极化有关.在CaCu3Ti3.99Fe0.01O12陶瓷的高温频谱中,观察到了第三个介电弛豫行为Ⅲ,它与局域电荷的跃迁有关,利用阿列纽斯关系式得到此过程的热激活能0.78 eV.     

核壳结构对弛豫铁电体介电行为的影响

介电弥散和介电隔离率的温度非线性关系是弛豫铁电体的主要特征. 通过对掺杂成分以线性梯度递减的核壳结构进行热力学函数分析, 认为核壳结构能够在低温区保持较高的介电常数, 但不能导致介电隔离率与温度的非线性关系. 通过对不同浓度掺杂的铁电体扩散相变的比较, 认为掺杂浓度会影响晶粒掺杂成分的不均匀性, 在较宽的分布条件下会导致介电隔离率与温度的非线性关系. 因而在介电常数的峰值温度区域, 顺电相与铁电相的晶粒共存. 温度变化会影响两相比例及铁电畴的变化, 从而导致弛豫铁电体的介电弥散性. 核壳结构会增大介电弥散性. 铁电陶瓷的掺杂物种类、掺杂物浓度和烧结温度均会影响核壳结构的成分不均匀性和介电弥散性.     

不同粉料制备Nd∶(Y_(0.9)La_(0.1))_2O_3透明陶瓷及其性能

分别采用液相法和固相法制备的纳米粉,制得透明性良好的Nd∶(Y0.9La0.1)2O3透明陶瓷,并测试了各样品的结构,光谱及光学性能.结果表明:该陶瓷具有相同的光谱性能;但液相法复合纳米粉制备的透明陶瓷光学性能优于固相反应法制备的透明陶瓷;固相反应法制备的透明陶瓷,由于有部分La2O3分布不均,易导致晶粒生长不均匀和残留少量气孔;长时间球磨混料,也不利于样品性能的提高.     

(100)MgO和(100)LaAlO3高温超导基片材料THz时域光谱研究

THz波段位于微波与红外之间 ,该波段电磁波与物质的相互作用是一个崭新的研究领域 .应用THz时域光谱技术研究了两种重要的单晶基片材料 (1 0 0 )MgO和 (1 0 0 )LaAlO3的THz光谱 .在 0 2— 2THz频率范围 ,得到这两种材料在THz波段的光学参数 .结果表明 ,在THz波段MgO基片材料的折射率 n和介电系数 ε不随频率的变化而变化 ,而LaAlO3基片材料的折射率和介电系数随着频率的增加而略有增加 .在 1THz频率处 ,测得MgO的复折射率 n =3 4 6 i0 0 0 1 ,复介电系数 ε =1 2 2 7 i0 0 6 ;LaAlO3的复折射率 n =4 78 i0 0 2 ,复介电系数 ε =2 2 5 i0 2 在THz波段 ,LaAlO3基片的介电损耗tanδ约为MgO的 5倍 ,且两者的介电损耗值均小于 0 0 1 ,说明MgO和LaAlO3材料作为高温超导器件基片材料可以工作于THz波段     

孔隙率及晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理研究

采用添加造孔剂的方法制备多孔锆钛酸铅(PZT)陶瓷，并研究了孔隙率和晶粒尺寸对多孔PZT陶瓷介电和压电性能的影响及机理.研究表明：孔隙率的增加降低了多孔PZT陶瓷的介电常数，提高了静水压优值，并证明在一定条件下孔隙率与介电常数关系可由Okazaki经验公式及Banno模型预测；晶粒尺寸增加，多孔PZT陶瓷的介电常数、压电系数和优值增加，并可用Okazaki空间电荷理论解释晶粒尺寸对试样介电和压电性能的影响.对于添加重量百分数为10%造孔剂的多孔PZT陶瓷，当烧结温度为1300℃时，孔隙率为34%，d关键词： 多孔PZT陶瓷 静水压优值 压电性能 介电性能     

(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3 陶瓷的电性能研究

采用氧化固相法制备了(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBa(Ti0.95Zr0.05)O3(BNT-BZT)陶瓷,其中掺入量x的值分别为0,0.04,0.05,0.06,0.07.研究了BNT-BZT体系陶瓷的准同型相界以及陶瓷材料的微观结构和性能之间的关系,并探讨了陶瓷的介电性能和铁电等性能.通过探究Ba(Ti,Zr)O3(BZT)掺杂量对BNT 各性能的影响得出了当掺杂量x=0.05得到结构较为致密,介电,铁电性能较好的样本,对工业化研究和生产有重要的意义     

CaCu3Ti4O12块材和薄膜的巨介电常数

用固相反应法和脉冲激光沉积 (PLD)制备了CaCu3Ti4O1 2 块材和薄膜 ,获得了相对介电常数ε′( 1kHz ,3 0 0K)高于140 0 0的介电特性 ,是目前该体系最好的结果 .报道了 ( 0 0l)取向高质量CaCu3Ti4O1 2 外延薄膜及其介电性质 .CaCu3Ti4O1 2 相对介电常数ε′在 10 0— 3 0 0K温度范围内基本保持恒定 ,稳定性好 .基于跳跃电导模型 ,对CaCu3Ti4O1 2薄膜介电电导的频率依赖关系作了合理解释     

CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构和电学性能

利用传统的固相反应工艺，在不同的烧结温度下制备了一系列的CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品，考察了其微观结构以及介电和复阻抗方面的电学性质.研究发现这些样品在微观结构方面可分为三种类型，高介电性与微观结构有着密切的关联性.室温下，样品的低频介电常数随陶瓷晶粒尺寸的增大而提高.随着测试温度的升高，不同微观结构类型的样品呈现出不同的电学性质的变化，但其中也存在着一些相同的特征.高温下，介电频谱呈现出一个低频介电响应和两个类Debye型弛豫色散，复阻抗谱呈现出三个Cole-Cole半圆弧.将实验上观测到的电学性质的起因归于陶瓷多晶微结构中的晶畴、晶界和晶粒内的缺陷. 关键词： 3Ti₄O₁₂')" href="#">CaCu₃Ti₄O₁₂ 微观结构 电学性质     

高折射率Nd,La共掺杂氧化钇透明陶瓷的光谱性质及其Judd-Ofelt理论分析

采用液相法和真空烧结技术制备了2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷样品.样品晶粒均匀,大小在22μm左右,在晶粒和晶界处都未见气孔.元素线扫描结果表明,Nd离子和La离子均匀地分布于陶瓷晶粒和晶界处.并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰821nm处的吸收截面为4.3×10-24m2,主荧光发射峰位于1078nm处,实测荧光寿命为0.287ms.采用Judd-Ofelt理论计算了Nd3+在掺La氧化钇陶瓷晶体场中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),自发辐射概率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.通过F-L公式计算得到2.0%Nd,3.0%La共掺杂Y2O3透明陶瓷中Nd3+的4F3/2→4I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为2.0×10-24m2.结果表明,La离子的掺入可以调节氧化钇透明陶瓷的晶体场,有助于制备符合实际需求的固体激光器材料.     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。     

Y掺杂Al2O3高k栅介质薄膜的制备及性能研究

利用射频反应共溅射方法制备了Y掺杂Al2O3电介质薄膜,用掠入射x射线衍射检测了薄膜的结构,用高分辨率扫描电子显微镜(HRSEM)、原子力显微镜(AFM)观察了薄膜断面和表面形貌,用高频C-V和变频C-V及J-V测量了样品的电学特性.结果表明,Y的掺入使电介质薄膜的介电常数k有了很大提高(8.14-11.8),并体现出了较好的介电特性.分析认为:与氧具有较大电负性差的Y离子的加入,增大了薄膜中的金属-氧键(M-O)的强度;同时,Y的加入使Al2O3的结构和原子配位发生了改变,从而提高了离子极化对薄膜介电常数的贡献.退火前后的XRD谱均显示薄膜为非晶态;HRSEM断面和AFM形貌像显示所制备的薄膜非常平整,能够满足器件要求.     

稀土元素Gd掺杂BiFeO3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的局域自旋密度近似加U法（LSDA+U:Hubbard参数）计算了多铁材料BiFeO3铁电相以及稀土元素Gd掺杂BiFeO3材料的能带结构、态密度（DOS）、原子轨道占据数和净电荷分布等,对稀土元素Gd掺杂BiFeO3可能引起的电子结构、介电常数和铁磁性的改变进行了第一性原理研究。计算结果表明：Gd掺杂对材料钙钛矿结构影响不大,BiFeO3铁电性主要来源于Fe原子3d轨道和O原子2p轨道杂化;掺杂Gd后材料中的Fe原子和O原子的共价性减弱,Bi原子和O原子的离子性增强,禁带宽度变窄,绝缘性减弱,铁磁性明显增强;计算得到的光学性质表明材料的静态介电常数有所增加。     

不同粉料制备Nd∶(Y0.9La0.1)2O3透明陶瓷及其性能

分别采用液相法和固相法制备的纳米粉,制得透明性良好的Nd∶(Y0.9La0.1)2O3透明陶瓷,并测试了各样品的结构,光谱及光学性能.结果表明:该陶瓷具有相同的光谱性能|但液相法复合纳米粉制备的透明陶瓷光学性能优于固相反应法制备的透明陶瓷|固相反应法制备的透明陶瓷,由于有部分La2O3分布不均,易导致晶粒生长不均匀和残留少量气孔|长时间球磨混料,也不利于样品性能的提高.     

（100）MgO和（100）LaAl03高温超导基片材料THz时域光谱研究

THz波段位于微波与红外之间，该波段电磁波与物质的相互作用是一个崭新的研究领域．应用THz时域光谱技术研究了两种重要的单晶基片材料(100)MgO和(100)LaAIO3的THz光谱．在0．2—2THz频率范围，得到这两种材料在THz波段的光学参数．结果表明，在THz波段MgO基片材料的折射率n和介电系数ε不随频率的变化而变化，而LaAlO3基片材料的折射率和介电系数随着频率的增加而略有增加．在1THz频率处，测得MgO的复折射率n=3．46 i0．001，复介电系数ε=12．27 i0．06H；LaAlO3的复折射率n=4．78 i0．02，复介电系数ε=22．5 i0．2．在THz波段，LaAlO3基片的介电损耗tanδ约为MgO的5倍，且两者的介电损耗值均小于0．0l，说明MgO和LaAlO3。材料作为高温超导器件基片材料可以工作于THz波段．