【摘要】：高介電材料廣泛應用于電容器、存儲器、濾波器、諧振器等電子元器件中,是電子元器件高性能化和尺寸小型化的重要基礎。通常在一種介電材料中同時實現(xiàn)介電常數(shù)高、介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好和耐擊穿電場強度高的優(yōu)異性能指標是一項充滿挑戰(zhàn)的任務,因而對高介電材料的探索長期以來一直是國內(nèi)外新材料領(lǐng)域的熱點。近年澳大利亞國立大學課題組報道了(Nb,In)共摻雜TiO2陶瓷材料優(yōu)異的高介電性質(zhì),介電常數(shù)可以達到104量級,而介電損耗低于5%,溫度穩(wěn)定性較好,即介電常數(shù)在80 K至450 K的溫度范圍內(nèi)變化較小。該課題組還提出高介電性起源于電子釘扎缺陷偶極子效應。在隨后的跟蹤研究中,西安交通大學的課題組也制備了(Nb,In)共摻雜TiO2陶瓷材料,并且指出此類材料的高介電性應該是源于材料的內(nèi)阻擋層電容效應,而非所謂的電子釘扎缺陷偶極子效應。作者所在課題組對(Nb,In)共摻雜TiO2陶瓷材料的高介電性的起源展開了一些研究,并成功地制備出了綜合性能比較優(yōu)異的陶瓷材料。在上述研究背景下,作者利用改良的固相反應法制備了若干系列的共摻雜TiO2陶瓷樣品,探討了燒結(jié)條件、退火處理和共摻雜組合對高介電性質(zhì)的影響。一、制備了 一系列不同燒結(jié)溫度的組分為(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷樣品,系統(tǒng)地考察了微觀結(jié)構(gòu)和介電常數(shù)、介電損耗、耐擊穿電場強度等性質(zhì)。退火處理后的陶瓷樣品的介電常數(shù)呈現(xiàn)大幅下降,晶界電阻增大,絕緣性得以提高,介電損耗大幅度降低。陶瓷樣品的介電常數(shù)隨燒結(jié)溫度的變化較為明顯;當燒結(jié)溫度較低時,陶瓷樣品的介電常數(shù)較小,介電損耗較大。當燒結(jié)溫度條件為1400℃、退火溫度為800℃時,陶瓷樣品的介電常數(shù)可以達到11000左右,介電損耗可以保持在5%以下;而當燒結(jié)溫度升高至1450℃時,介電常數(shù)會有所下降,介電損耗也會有所增加。退火處理后的陶瓷樣品耐擊穿電場強度也達到了較高的水平。介電溫譜的測試結(jié)果顯示,陶瓷樣品的高介電性隨溫度的變化較小。由此可見,燒結(jié)溫度和退火溫度對樣品的介電性能有重要的影響。二、制備了組分為(Sb0.5In0.5)xTi1-xO2 和(Ta0.5In0.5)xTi1-xO2 的陶瓷樣品(式中x=0.01、0.03、0.05、0.10),研究了五價元素摻雜對共摻雜TiO2陶瓷的高介電性質(zhì)的影響。通過對退火處理后的陶瓷樣品的介電頻譜的測試發(fā)現(xiàn),當摻雜量較低、在退火溫度為780℃時,這兩種陶瓷樣品都展現(xiàn)出優(yōu)異的高介電性,即介電常數(shù)都可以保持在104量級,介電損耗也能控制在5%以下。對復阻抗譜的測試表明,退火處理可使陶瓷樣品的晶界電阻大幅提高,絕緣性得到了很大的改善。對Ⅰ-Ⅴ曲線的測試發(fā)現(xiàn),當摻雜量較低時,摻雜這兩種五價元素的共摻雜陶瓷樣品的耐擊穿電場強度可以達到(Nb,In)共摻雜TiO2介電陶瓷的水平�？梢耘袛�,分別實施了(Sb,In)、(Ta,In)共摻雜的TiO2陶瓷樣品也是綜合性能比較良好的高介電材料。三、制備了組分為(A0.5Nb0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷樣品(式中A代表Sm、Gd、Nd、Dy元素),研究了三價元素對共摻雜TiO2陶瓷的高介電性質(zhì)的影響。通過與未經(jīng)退火處理的陶瓷樣品的比較發(fā)現(xiàn),退火處理后陶瓷樣品的介電常數(shù)下降較多,介電損耗也有所下降。但是,退火處理后陶瓷樣品的介電損耗仍然較高,即使退火溫度升高至較高值時,介電損耗仍然在20%左右。通過對陶瓷樣品的復阻抗譜的測試發(fā)現(xiàn),退火后陶瓷樣品的晶界電阻有所提高,但仍然比退火處理后的(Sb,In)共摻雜TiO2陶瓷樣品和(Ta,In)共摻雜的TiO2陶瓷樣品的晶界電阻小。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.1

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本文編號：2257490