BaO-Ln2O3-TiO2-Ta2O5（Ln=La，Sm）系钨青铜陶瓷的铁电与弛豫铁电性能

• 作 者: 曹牧昕
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 钨青铜型结构 介电性能 铁电性 弛豫铁电体 居里温度 氧八面体

具有优良的铁电、压电、热释电、非线性光学性能的钨青铜结构陶瓷是功能陶瓷领域的前沿研究方向之一。为探索适合高频与高压应用的介电与铁电陶瓷新体系,本论文系统地研究了Ba_pLa_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=3,4,5）和Ba_pSm_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=4,5）钨青铜型陶瓷的组成、晶胞结构和介电性能之间的关系,讨论了其弛豫铁电性的结构根源。在Ba_pLa_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=3,4,5）四元体系中,Ba₃La₃Ti₅Ta₅O₃、Ba₄La₂Ti₄Ta₆O₃₀和Ba₅LaTi₃Ta₇O₃₀通过在1573K预烧即可形成四方钨青铜单相结构,室温下三者均为顺电相,具有较高的介电常数（139～170）、低介电损耗(10^-4～10^-3)和低温度系数。Ba₃La₃Ti₅Ta₅O₃₀陶瓷的介电行为体现出典型的弛豫铁电性,而Ba₄La₂Ti₄Ta₆O₃₀和Ba₅LaTi₃Ta₇O₃₀在测量温度范围内（123K～573K）没有出现介电异常现象,在低至123 K时仍为顺电相。出现这种差别的原因很可能是A位和B位的离子分布支配着钨青铜型Ba_pLa_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=3,4,5）陶瓷的弛豫铁电性能。Ba_pLa_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=3,4,5）陶瓷的介电性能可调整空间很大,可用于高频电容器和温度补偿电容器,是一类具有很大应用潜力的电介质陶瓷。在Ba_pSm_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=4,5）四元体系中,室温下空间群为P4bm的Ba₄Sm₂Ti₄Ta₆O₃₀和Ba₅SmTi₃Ta₇O₃₀陶瓷形成了四方钨青铜单相结构。本研究工作评价了Ba₄Sm₂Ti₄Ta₆O₃₀和Ba₅SmTi₃Ta₇O₃₀陶瓷的微结构与介电性能。在332K观察到Ba₄Sm₂Ti₄Ta₆O₃₀发生了正常铁电相变。在150K附近,Ba₅SmTi₃Ta₇O₃₀出现宽的介电常数峰并伴随有强烈的频率色散,表现出典型的弛豫铁电行为,其中介电常数最大值对应的温度与频率的关系非常符合Vogel-Fulcher方程,说明该弛豫过程起源于极化微畴的相互作用与冻结机制。不同组分陶瓷的介电行为的差异与离子在A1和A2位的占据情况不同而引起的晶体结构不同有很大的关系。两种材料在室温下均显示出弱的铁电性,其中Ba₄Sm₂Ti₄Ta₆O₃₀的P_s、P_r、E_c分别为3.13μC/cm²、0.777μC/cm²和10.5 kV/cm;Ba₅SmTi₃Ta₇O₃₀的P_s=3.02μC/cm²,P_r=1.22μC/cm²,E_c=17.5 kV/cm。综上所述,本论文研究了Ba_pLa_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=3,4,5）和Ba_pSm_6-pTi_8-pTa_2+pO₃₀（p=4,5）四元体系中成分、晶体结构和介电性能之间的关系,对其铁电相变及弛豫铁电性能及其结构根源做了细致分析,发现了钨青铜型介电陶瓷的一些基本规律,其对钨青铜型介电陶瓷的研究和新体系有指导意义。