稀土钇掺杂纳米钛酸钡基介电陶瓷的合成及其性能研究

作者:陈慧英;李怡敏;杨泽玮;李转秀;熊常健;李辉 刊名:稀土 上传者:阿依努尔·木拉提

【摘要】采用常压水相法,在100℃以下制备了一系列Ba1-xSrxYyTi1-yO3固溶体纳米粉末(0≤x≤0.4,0≤y≤0.1),产品为乳白色的完全互溶取代固溶体,经SEM形貌观察,粒子为均匀球形。经过造粒、成型、烧结,并测定了该系列固溶体的室温介电常数,制得了具有高介电常数的稀土掺杂纳米介电陶瓷粉体。结果表明,用常压水相方法在BaTiO3中复合掺杂适量锶和钇,由于掺杂离子均匀进入母体晶格,使室温介电常数高达9500,比BaTiO3纯相提高约5倍,比复合掺杂前提高了近3倍。

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稀土钇掺杂纳米钛酸钡基介电陶瓷的合成及其性能研究Ξ陈慧英1 , 李怡敏1, 杨泽玮1, 李转秀1, 熊常健2, 李 辉2 (1中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081; 21北京航空航天大学 材料物理与化学研究中心, 北京 100083)  摘 要 : 采用常压水相法, 在 100℃以下制备了一系列Ba1- xSrxYyT i1- yO 3 固溶体纳米粉末(0≤x≤014, 0≤y≤011) , 产品为乳白色的完全互溶取代固溶体, 经 SEM 形貌观察, 粒子为均匀球形。经过造粒、成型、烧结, 并测定了该系列固溶体的室温介电常数, 制得了具有高介电常数的稀土掺杂纳米介电陶瓷粉体。结果表明, 用常压水相方法在BaT iO 3 中复合掺杂适量锶和钇, 由于掺杂离子均匀进入母体晶格, 使室温介电常数高达 9500, 比BaT iO 3 纯相提高约 5 倍, 比复合掺杂前提高了近 3 倍。 关键词:BaT iO 3; 介电陶瓷; 稀土掺杂; 介电特性中图分类号:O 614133; TM 283   文献标识码:A    文章编号: 100420277(2005) 030027203  纯相 BaT iO 3 作为一种强介电材料, 是制造陶瓷叠层电容器、PTC 元件、电子滤波器、介质放大器等电子元器件的核心, 被誉为“电子工业的支柱”[1]。但由于分子结构的原因, 居里点 Tc 偏高(120℃) , 即在 120℃时才有最大介电常数值(约 104) , 而室温下的介电常数值仅有居里点的 1g6, 从而大大影响 了它的使用性能。 近年来随着科学技术的不断发展, 对钛酸钡陶瓷元器件提出了更高的要求, 成为国际上研究的热点, 倍受各国材料学家的重视。向钛酸钡陶瓷材料中掺杂各种金属元素可以明显地改善其性质, 尤其是稀土元素的掺杂, 既可以改善材料的介电性质, 又能赋予材料复合特性, 还可以使材料产生新的功能特性。而且, 我国稀土资源丰富, 稀土元素掺杂的研究和应用具有广阔的前景。 根据理论推测, 如果 BaT iO 3 中部分较大的Ba2+ 被适量半径较小的 Sr2+ 、Ca2+ 、Zn2+ 取代, 或部分活泼的 T i4+ 被适量不活泼的 Sn4+ 、Zr4+ 、Ce4+ 取代, 均可使BaT iO 3 的居里点前移并展宽[2]。目前工业上的解决途径是在电子元器件的生产过程中采用 固相掺杂方法, 于BaT iO 3 粉体中掺杂适量的锶、锌、锆、锡和一些稀土元素的氧化物以改进其应用性能。但由于这种物理掺杂的不均匀性, 对元器件的各项参数的改善并不理想, 且需要长时间的球磨和高温煅烧, 使粉体易受污染。用凝胶- 溶胶法、水热合成法和常压水相法等化学方法制备的粉体具有纯度高、颗粒均匀、粒度分布窄、粒径小、易控制等特点, 其中常压水相法具有原料价格低廉、生产工艺设备简单和操作方便等优点。国内已有学者用软化学方法对钛酸钡基陶瓷进行稀土掺杂[3~ 5], 使其室温介电常数大幅度提高。本文采用常压水相法对钛酸钡基陶瓷进行锶和稀土元素钇的复合掺杂, 从分子水平上使掺杂离子均匀进入母体晶格, 合成了一系列BaT iO 3 基固溶体纳米粉末, 并对其形貌和介电性能进行了研究。 1 实验 111 试剂和仪器 T iCl4, Ba (OH ) 2 · 8H 2O , Sr (OH ) 2 · 8H 2O , 第 26 卷 第 3 期 2005 年 6 月 稀  土 Chinese Rare Earths                  Vol. 26,No. 3 Jun

参考文献

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