BaTiO3超微粉及其在陶瓷中的晶粒尺寸效应

用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ法制备了ＢａＴｉＯ３超微粉并经烧结获得了不同粒径的陶瓷。用Ｘ射线衍射研究了室温晶体结构。在粉末压块和陶瓷上测得了介电常数的温度依赖性。介电常数－温度曲线表明，随着晶粒尺寸减小，居里温度降低，而四方－正交以及正交－三角相变温度升高。在晶粒尺寸减小过程中，三个介电峰逐步降低和宽化并按如下顺序最终消失：三角－正交，正交－四方和四方－立方。用介电测量确定了铁电性消失的临界尺寸，其值与文献中     

晶粒可控钛酸钡致密陶瓷的制备及表征

采用超重力反应沉淀法制备的纳米钛酸钡粉体和常规陶瓷工艺,通过控制烧结温度在 1200 ~1300℃,分别制备了晶粒尺寸 0.45~2.2μm的致密陶瓷。实验结果表明超重力反应沉淀法制备的粉体具有良好的烧结和介电性能。烧结温度为 1200℃时,相对密度即可达到95%,晶粒尺寸为 0.45μm,随烧结温度的升高,晶粒逐渐长大,未出现晶粒的异常长大现象,到1300℃相对密度和晶粒尺寸分别达到 97.7%和2.2μm。钛酸钡陶瓷介电性能有明显的粒度效应,晶粒在1.2μm左右时,室温介电常数达到最大(4143)。由于晶粒内部立方相成分的出现,包含更细晶粒的陶瓷(d=0.45μm)呈现低的介电常数。     

掺镍对钛酸钡陶瓷结构及介电性能的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备均匀掺镍钛酸钡纳米晶粉体及其陶瓷.通过XRD和SEM对掺镍钛酸钡粉体及陶瓷进行表征,并测定陶瓷的介电性能,主要研究掺镍量对钛酸钡陶瓷的相组成、显微组织和介电性能的影响.结果表明:采用Sol-gel法制得掺镍钛酸钡基纳米晶立方相粉体(25nm),经烧结后可得到四方相钛酸钡.氧化镍在钛酸钡陶瓷中的溶解限约为0.9 at.%(约为固相掺杂时的2倍);掺镍量低于此溶解限时,随着掺镍量的增大,陶瓷晶粒的长大趋势受到抑制,陶瓷的居里温度降低;当掺镍量高于此溶解限时,陶瓷晶粒长大,陶瓷的居里温度保持在85℃;随掺镍量的增加,陶瓷最大介电常数εm呈先增大后减小的趋势.     

细晶Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷材料的制备与介电性能

采用改进的Sol-gel工艺和传统烧结技术制备了晶粒尺寸在0.15～10μm的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷,观察了样品的显微结构,并对样品的介电性能进行了测试,分析了晶粒尺寸对材料介电性能的影响.实验结果表明:改进的Sol-gel工艺和两步烧结法可以有效地控制Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷的晶粒尺寸.晶粒尺寸的降低,材料的介电常数也随之下降,介电峰呈现明显的铁电-顺电弥散相变;但当陶瓷的晶粒尺寸＜1 μm,介电常数出现峰值,铁电相变温区变窄.     

溶胶凝胶法制备掺铅钛酸钡纳米晶及其结构相变

采用溶胶－凝胶工艺制备了不同晶粒大小的、掺铅（５ｍｏｌ％）钛酸钡（ＢＰＴ）纳米晶．用ＴＥＭ、ＸＲＤ和ＤＳＣ研究了ＢＰＴ样品的晶粒大小、结构及其相变特性．结果表明,纳米晶ＢＰＴ随着晶粒尺寸的减小,由铁电四方相向顺电立方相过度,并且相变变得弥散．其顺电－铁电相变随着晶粒尺寸的减小而消失．另一方面,随着晶粒尺寸的增加,其铁电四方－铁电正交相交消失,即抑制了其正交相的形成．     

温度和电场对纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性的影响

100nm是介于微米晶和纳米晶之间的重要临界尺寸,研究了平均晶粒尺寸为100nm的钛酸钡(BTO)陶瓷的微结构和铁电性能,分析了测试温度和外加电场对纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性的影响。与超细纳米晶BTO陶瓷不同的是,100nm BTO陶瓷主要以四方相形式存在的;介电温谱显示,正交到四方相的相变具有典型的弥散特征,低温时介电损耗<0.02。此外,铁电性能测试表明,100nm BTO陶瓷具有良好的铁电滞后特征,随着电场的增加,能量损耗密度、剩余极化强度和矫顽场均增加;随着温度的升高,陶瓷的铁电性在逐渐减弱,高于居里温度时由铁电相转为顺电相,铁电性消失。实验结果表明,100nm BTO陶瓷的铁电性与测试温度和外加电场有着密切的关系。     

亚纳米铁电陶瓷介电性能的粒度效应

本文采用ＢａＴｉＯ３超细粉和常规陶瓷工艺制备了亚纳米铁电陶瓷，并研究了其介电性能的粒度效应。研究表明，ＢａＴｉＯ３铁电陶瓷的介电常数、居里点及介质损耗都存在很明显的粒度效应，晶粒的细化有利于性能的提高。介电常数在粒径为０．８μｍ处有一个最大值，当晶粒减至亚纳米（〈０．８μｍ）时，居里点降低，损耗因子及其温度变化率减小。     

自组装烧结法可控合成钛酸钡微纳米陶瓷的效果和适用范围研究

微纳米钛酸钡陶瓷(BaTiO₃)是多层陶瓷电容器(Multilayer ceramic capacitors, MLCCs)的关键材料,其可控合成受到研究者的广泛关注。本工作采用自组装烧结法制备了具有不同晶粒尺寸的微纳米BaTiO₃陶瓷,从样品的相对密度、晶粒尺寸和介电性能研究了该方法在可控合成微纳米BaTiO₃陶瓷时的效果和适用范围。结果表明,采用二元粒径自组装烧结法,通过合理选择BaTiO₃粉体尺寸和组合方式,实现了可控合成不同晶粒尺寸的陶瓷;采用三元和四元粒径自组装烧结法,虽然提高了陶瓷的相对密度,但是降低了晶粒尺寸的可控性。因此,采用二元粒径自组装烧结法有利于可控合成微纳米BaTiO₃陶瓷。     

氧化锆掺杂BaTiO_3陶瓷显微结构和介电性能研究

为了改变纯钛酸钡陶瓷的介电性能,以钛酸钡和氧化锆为原料,通过固相烧结法制备了不同物质的量比氧化锆掺杂钛酸钡基介电陶瓷。利用X射线衍射仪、透反射偏光显微镜和安捷伦LCR仪分析了其显微组成、相结构和介电特性。实验表明:氧化锆的掺杂不改变钛酸钡的晶体结构,当频率保持不变时,改变氧化锆在BaTiO3陶瓷中的掺杂量不会影响介电峰的位置,只影响了峰值大小。当掺杂物质的量比保持不变时,改变频率对峰的位置影响较大,呈现出随着频率的增加向高温区移动,峰值由大到小再到大的现象。在100 Hz下,当掺杂物质的量比为1.08∶100时介电常数最大。     

纳米钛酸钡陶瓷的晶体结构

致密的平均尺寸约为30nm钛酸钡陶瓷由压力辅助烧结得到.在变温Raman光谱的基础上,用Rietveld精修方法成功地确定了纳米钛酸钡陶瓷的晶体结构.在室温下,在30nm钛酸钡陶瓷中观测到四方相和正交相的多相共存.这种现象可以用相变产生的内应力来解释.     

BaTiO3-Nb2O5-Ni2O3三元系统的介电性能研究

对三元系统BaTiO3-Nb2O5-Ni2O3的微结构和介电性能进行了研究．XRD分析表明Nb2O5／Ni2O3协同掺杂的BaTiO3陶瓷为赝立方相结构；在掺杂1．0mol％Ni的BaTiO3中，Nb的固溶度〈4．0mol％．SEM观察表明，随Nb掺杂量的增加，BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小．BaTiO3陶瓷的室温介电常数、介质损耗，以及在低温端和高温端的电容变化率都随Nb含量的增加而先增大后减小．DSC测量表明，Nb掺杂使BaTiO3陶瓷的居里温度向高温方向移动．该系统瓷料介电性质的变化与材料的晶粒尺寸以及掺杂剂导致的相变温度的移动密切相关．本实验在BaTiO3-Nb2O5-Ni2O3系统中开发出了新型的X8R材料，这种材料很有希望用于制备大容量X8R多层陶瓷电容器．     

纳米铌酸钾钠陶瓷的制备及性能

以新型溶胶-凝胶法制备的平均晶粒尺寸为30 nm的铌酸钾钠粉体为原料, 采用放电等离子体烧结工艺, 在烧结温度为900℃, 压力30 MPa, 烧结时间1 min的条件下, 制备得到纯正交相, 相对密度高达99%以上, 平均晶粒尺寸为40 nm的纳米铌酸钾钠陶瓷, 并对该陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能和铁电性能进行了研究。结果表明, 与普通微米晶陶瓷不同, 纳米铌酸钾钠陶瓷的室温介电常数仅为341, 并且随温度变化不明显, 表现出明显的介电弛豫现象, 弥散因子γ为1.60, 并具有明显的电滞回线, 矫顽场强度为13.5 kV/cm, 剩余极化为1.5 μC/cm²。尺寸降低所引起的纳米铌酸钾钠陶瓷中晶界相所占的比例增大是其性能变化的主要原因, 并且可以推断, 如果铌酸钾钠陶瓷具有“临界尺寸”, 那么其值应该在40 nm以下。     

超高压辅助烧结纳米陶瓷

10nm钛酸钡粉用两种方法烧结得到致密的钛酸钡陶瓷。在6GPa的超高压辅助条件下烧结得到的钛酸钡陶瓷的晶粒大小约为30nm；在常规的无压条件下烧结得到的钛酸钡陶瓷的晶粒大小约为1200nm。研究表明，由于超高压能够压碎纳米粉体中的团聚体、增加烧结的驱动力、降低戍核的势垒而使戍核速率增加和由于扩散能力的降低而使生长速率减小，所以超高压烧结能在较低的温度和较短的时间内得到致密的纳米钛酸钡陶瓷。     

Barium titanate thin films deposited by electrophoresis on p-Doped Si (001) substrates

Barium titanate (BaTiO3) thin films have been prepared by electrophoretic deposition on p-doped and platinum covered silicon (Si) substrates. Their structure, nanostructure and dielectric properties were characterized. The as-deposited films were polycrystalline and composed by barium titanate nanograins with an average grain size approximately 9 nm. Annealing at high temperatures promoted grain growth, so that the samples annealed at 600 degrees C presented average grain sizes approximately 24 nm. From Raman spectroscopy measurements it was found that the tetragonal (ferroelectric) BaTiO3 phase was stabilized on the films. Also, at higher annealing temperatures, cation disorder was reduced on the films. From measurements of the temperature dependence of the dielectric permittivity the corresponding paraelectric-ferroelectric phase transition was determined. The observed transition temperature (approximately 100 degrees C) was found to be below the BaTiO3 bulk or thick film values, due to the small nanosized grains composing the films.     

纳米BaTiO3及其陶瓷材料的特殊物性的研究

报导了硬脂酸凝胶法制备的ＢａＴｉＯ３纳米晶及烧制的陶瓷材料的特殊物性，用Ｘ射线衍射、高分辨透射电镜、Ｘ荧光光谱、表面光电子能谱、介电谱、热释电谱研究了纳一粉及陶瓷材料的晶体结构，晶粒尺寸体相和表面相组份及铁电性能。结果表明，所有样品在室温下均为立方结构，没有铁电性，陶瓷样品在低温下具有铁电性。并发现纳米晶ＢａＴｉＯ３及陶瓷具有湿敏特性。     

Investigation of ferroelectric properties on nanocrystalline barium titanate ceramics

Dense nanocrystalline BaTiO₃ (BT) ceramics with 50 nm average grain size obtained by spark plasma sintering were investigated. The dielectric data showed a ferropara phase transition with a maximum permittivity of 1,602 at 120°C and at 1 kHz. The polarization reversal characteristics were measured, and the typical piezoelectric hysteresis loop was recorded. The asymmetry of permanent polarization and coercive field in polarization-electric field curves were obtained and attributed to the existence of an internal electric field. The present results provide experimental evidence, indicating that if a critical grain size exists for ferroelectricity, then it is less than 50 nm for polycrystalline BT ceramics.     

粒度对纳米掺杂BaTiO3陶瓷结构和性能的影响

制备了纳米掺杂BaTiO3陶瓷,研究了纳米掺杂剂和BaTiO3的粒度对BaTiO3陶瓷的微观结构和介电性能的影响．结果表明,小粒度、高分散的纳米掺杂剂更易对BaTiO3颗粒实现均匀包裹,有效地抑制晶粒生长并形成更多的壳-芯晶粒,大比表面积使更多高活性的表面原子与BaTiO3发生原子输运形成传质,导致晶粒壳／芯比增大,从而提高其介电性能．纳米掺杂陶瓷的平均晶粒尺寸和四方率与BaTiO3粒度几乎成正比．随着BaTiO3粒度的减小,立方晶粒壳增大而四方晶粒芯减小,陶瓷由四方晶相向赝立方晶相转变,居里峰被显著压制,从而改善介电温度特性．同时,晶粒的壳与芯之间失配产生的内应力随之增加,使居里点向高温方向移动．     

表面态对纳米晶BaTiO3介电性能的影响

采用硬脂酸凝胶法制备了粒度均匀的纳米晶BaTiO3，用X射线衍射分析、红外光谱分析、透射电子显微镜对产物进行了表征，研究了表面态与介电性能。结果表明，BaTiO3纳米材料表面的不完整性主要是氧空位造成的，暴露在粒子表面的是一些金属离子，随着晶粒尺寸的减小，氧空位缺陷的浓度增加，极化增强，纳米材料的这种表面状态对其介电性能有重要影响，使其静态介电常数远比常规材料的大。     

BaTiO3纳米粉体的制备和性能

采用溶胶-凝胶和溶胶-沉淀的方法合成了立方相纳米BaTiO3粉体．溶胶-凝胶法制备的粉体平均粒径为19nm，颗粒分布均匀、含少量BaCO3．溶胶-沉淀法得到了纯BaTiO3粉，平均粒径为42nm，存在部分团聚．两种方法相比，溶胶-凝胶法的粉体烧结密度较高，介电性能较好．讨论了两种合成方法的晶粒形成机理及对材料微观结构和介电性能的影响．