钇铌复合掺杂钛酸锶钡陶瓷的介电和铁电性能研究

作者:陈威;徐玲芳;曹万强 刊名:湖北大学学报(自然科学版) 上传者:石慧

【摘要】采用固相法制备4种不同Nb2O5与Y2O3比例的钛酸锶钡(Ba0.9Sr0.1TiO3)铁电陶瓷,掺杂总量在0.3%摩尔分数以内.XRD结果显示,Nb5+和Y3+的掺杂均在Ti位形成了替位式共溶.在-50~150℃温度范围内测试的介电结果表明,介电常数的峰值均保持在80℃.当Y2O3大于Nb2O5的含量时,Nb能够增大Y的作用,使BST陶瓷样品具有更大的介电常数、频率色散和铁电相的温度稳定性;当Y2O3小于Nb2O5的含量时,损耗峰向高温移动,介电损耗不断减小,特别是对高频损耗有明显的抑制作用.电滞回线测试表明,Nb2O5大于Y2O3含量的共掺,使BST陶瓷具有更强的铁电性.

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第34卷第2期2012年6月 湖北大学学报(自然科学版) Journal of Hubei University(Natural Science) Vol.34 No.2 Jun.,2012  收稿日期:2011-03-21 基金项目:功能材料绿色制备与应用省部共建教育部重点实验室和湖北省自然科学基金(2009CDB027)资助作者简介:陈威(1987-),男,硕士生,E-mail:v.chen@foxmail.com 文章编号:1000-2375(2012)02-0142-04 钇铌复合掺杂钛酸锶钡陶瓷的介电和铁电性能研究陈威1,徐玲芳2,曹万强1 ( 1.湖北大学材料科学与工程学院,湖北 武汉430062;2.湖北大学物理学与电子技术学院,湖北 武汉430062) 摘要 采用固相法制备4种不同 Nb2O5 与 Y2O3 比例的钛酸锶钡(Ba0.9Sr0.1TiO3)铁电陶瓷,掺杂总量在0.3%摩尔分数以内.XRD结果显示,Nb5+ 和 Y3+ 的掺杂均在 Ti位形成了替位式共溶.在-50~150 ℃温度范围内测试的介电结果表明,介电常数的峰值均保持在80℃.当 Y2O3 大于 Nb2O5 的含量时,Nb能够增大 Y的作用,使BST陶瓷样品具有更大的介电常数、频率色散和铁电相的温度稳定性;当 Y2O3 小于 Nb2O5 的含量时,损耗峰向高温移动,介电损耗不断减小,特别是对高频损耗有明显的抑制作用.电滞回线测试表明, Nb2O5 大于 Y2O3 含量的共掺,使BST陶瓷具有更强的铁电性.   关键词 Ba1- x Sr x TiO3 铁电陶瓷;复合掺杂;介电常数;铁电性   中图分类号 TM22+3   文献标志码 A   多层片式陶瓷电容器 (MLCC)是电子线路表面安装方面最重要的电子器件之一[ 1],开发高介电常数及低损耗的材料在替代钽电解电容方面有着极其重要的意义.上世纪80年代,主要研究了 BaTiO3基材料施主和受主掺杂的缺陷化学,通过 Ti位的受主掺杂和还原气氛下烧结[ 2],从而产生导带电子的深能级陷阱,以解决绝缘电阻问题,使 MLCC器件的工业化得以发展.然而,由于元素的变价导致绝缘电阻的退化,成为 MLCC器件应用的难题[ 3].稀土元素具有价态稳定的特点,所制备的器件具有稳定的寿命,受到了人们的关注.1994年,日本学者制备出新一代的 MLCC器件,用施主和受主共掺杂的方法,通过两者相互作用产生的高势垒,极大地抑制了材料中氧空位的迁移,保证了器件较高的稳定性[ 4].李龙土也做了相关的工作,研究了掺杂不同 Nb/Co比的BaTiO3 基陶瓷,制备了满足 X7R的 MLCC陶瓷的需要[ 5].钛酸锶钡Ba1- x Sr x TiO3(BST)系陶瓷材料具有高介电、低损耗以及良好的温度稳定性[ 6].对钛酸锶 钡材料进行稀土掺杂是此类材料的主要研究方向之一.稀土改性掺杂已经有了大量的报道,但复合(或耦合)掺杂特别是对 Ti位的改性掺杂还有待详细研究.本文中选择了导致巨大介电常数的元素掺杂浓度区间[ 7],报道不同 Y与 Nb浓度对Ba0.9Sr0.1TiO3 陶瓷介电和铁电性能的影响,分析 Y 与 Nb的替代作用对BST陶瓷材料介电和铁电性能的影响机理. 1 实验 采用固相反应法制备了 Y2O3 和 Nb5O3 复合掺杂的Ba0.9Sr0.1TiO3(YNBST), 4种掺杂的样品分别 表示为 YNBST1( Y2O3=0.27%摩尔分数,Nb2O5=0),YNBST2( Y2O3=0.21%摩尔分数,Nb2O5= 0.09%

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