鈦酸鍶陶瓷材料制備方法的進(jìn)展

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1、鈦酸鍶陶瓷材料鈦酸鍶作為重要的、新興的電子陶瓷材料,具有高的介電常數(shù)和高的折射常數(shù),有顯著的壓電性能,是重要的鐵電體,可作為介電材料和光電材料?！♀佀徭J(SrTiO3)是一種立方鈣鈦礦型復(fù)合氧化物,在室溫下,滿足化學(xué)計(jì)量比的鈦酸鍶晶體是絕緣體,但在強(qiáng)制還原或攙雜施主金屬離子的情況下可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)化。鈦酸鍶是重要的、新興的電子陶瓷材料,具有高的介電常數(shù)和高的折射常數(shù),有顯著的壓電性能,是重要的鐵電體。,有穩(wěn)定的電滯性質(zhì)。在高溫超導(dǎo)薄膜、催化、高溫固體氧化物燃料電池、電極材料、電化學(xué)傳感器、氧化物薄膜襯底材料、特殊光學(xué)窗口及高質(zhì)量的濺射靶材等方面應(yīng)用廣泛,可作為介電材料和光電材料

2、,用來(lái)制造高壓陶瓷電容器、PTC熱敏電阻、晶界層電容器(GrainBoundaryLayerCapacitor,簡(jiǎn)稱GBLC)、電子元件、光催化電極材料,制造既有電容器功能又有吸收浪涌的壓敏電阻器等,它們都具有高性能、高可靠性、體積小等優(yōu)點(diǎn)。并且與鈦酸鋇材料相比,還具有介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好,高耐電壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。鈦酸鍶的物理特性：室溫下，SrTiO3屬于立方晶系，空間群Pm3m，禁帶寬度約為3．2eV，a=b=c=0.39051nm，===90。是一種典型的AB03型鈣鈦礦型復(fù)合氧化物。許多文獻(xiàn)報(bào)道鈦酸鍶的居里溫度TC=106K,當(dāng)T

3、SrTi03晶體中，大的陽(yáng)離子Sr2+位于簡(jiǎn)立方原胞的頂上，小的陽(yáng)離子Ti4+位于體心，陰離子02-位于面心。這樣的結(jié)構(gòu)亦可看作是氧八面體頂角相連的網(wǎng)絡(luò)，較小的陽(yáng)離子填充氧八面體空位，較大的陽(yáng)離子填充十二面體空位，如圖1-1所示。而SrTi03的晶界結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，由圖可看出，SrTi03晶界上有很多偏離空間電荷區(qū)域(SpaceChargeRegion)的正電荷。對(duì)于產(chǎn)生正電荷的原因，J．C_．verbiinger認(rèn)為可能是因?yàn)榫Ы绫砻嬗泻芏噔佋?由偏析引起)，而這些鈦原子沒(méi)能很好地與氧原子結(jié)合，即鈦原子的核電荷沒(méi)有被中和，最終結(jié)果便是在晶界上產(chǎn)生了正電荷。該晶界模型

4、能很好地解釋SrTi03經(jīng)摻雜后，其晶粒直徑減小。比如，受主摻雜的原子，它們能很順利地插入到空間電荷區(qū)域(空間電荷區(qū)域同時(shí)會(huì)阻止它們進(jìn)入晶界內(nèi)部)，形成一中間晶界層，并同時(shí)會(huì)中和一部分晶界表面的正電荷，使空間區(qū)域收縮，因而晶粒直徑減小。實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀：：第一是SrTi03粉體的制備工藝研究；第二是SrTi03的結(jié)構(gòu)性能、形成機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究；第三是SrTi03基系列摻雜物的結(jié)構(gòu)與性能研究；第四是以SrTi03為載體的超導(dǎo)研究。是基于密度泛函理論(DFT)框架下的第一性原理平面波超軟贗勢(shì)方法。計(jì)算結(jié)果表明：SrTi03是一種間接禁帶半導(dǎo)體，其價(jià)帶頂位于布里淵區(qū)內(nèi)的R點(diǎn)，導(dǎo)帶底位

5、于r點(diǎn)。Mulliken布局分析、態(tài)密度、差分電荷密度分析均表明，Ti原子與O原子形成的是共價(jià)成分較高的共價(jià)鍵，而Sr原子與O原子形成的是離子鍵。3月31不同摻雜物對(duì)SrTiO3晶相的影響（采用溶膠-凝膠法進(jìn)行摻雜）以金屬離子為摻雜物（設(shè)計(jì)分子式為：SrxAyTiO3，其中A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb）,所指的的樣品的XRD衍射譜數(shù)據(jù)可知主要晶相是SrTiO3，有少量雜項(xiàng)產(chǎn)生。（1）采用溶膠—凝膠法進(jìn)行摻雜，設(shè)計(jì)分子式為SrxAyTiO3(A=Mg,Mn,Co,Ca,Zn,Pb），實(shí)際得到的是以SrTiO3為主相的固溶體；分散開(kāi)的樣品顆粒近似呈球形，顆粒粒徑約50

6、nm，有團(tuán)聚現(xiàn)象。(2)以Y2O3為摻雜物所制得的樣品，顆粒分布均一，粒徑約為250nm,顆粒呈六邊形。（3）以為SrTiO3基體以Y2O3為摻雜物，當(dāng)摻雜量為3.54%（Y%）時(shí)，樣品的阻溫特性曲線與純SrTiO3的阻溫特性曲線相近。（4）以SrTiO3為基體，以La2O3為摻雜物，當(dāng)摻雜量為1.23%(La%)時(shí)，樣品的阻溫特性曲線與純SrTiO3的阻溫特性曲線接近4月1號(hào)(對(duì)SrTiO3陶瓷發(fā)光、介電和磁學(xué)性質(zhì)的影響)未摻雜的STO是一種先兆性鐵電體(incipientferroelectric)，或者也被稱為量子順電體(quantumparaelectric)，其本

7、身不具有發(fā)光和磁學(xué)特性。在溫度低于150K時(shí)，STO中存在著一個(gè)從立方相到四方相的結(jié)構(gòu)相變。由于具有較大的量子起伏效應(yīng)，直到溫度降至OK附近，在STO中也不能觀測(cè)到鐵電相的存在【l】。但是當(dāng)采用一些稀土元素，例如La、Pr等替換Sr位時(shí)，可以觀測(cè)到由此所產(chǎn)生的鐵電性或者介電異常行為【2】【3】。陶瓷室溫下的介電性能和頻率的關(guān)系采用HP4294A阻抗分析儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍從100Hz到10MHz。室溫下磁學(xué)性能的測(cè)量通過(guò)RikenBHV-55振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量，測(cè)試時(shí)所加磁場(chǎng)范圍為-10到+10kOe。E