CaCu3Ti4O12陶瓷深陷阱松弛特性研究

研究了固相反应法及共沉淀法制备的CaCu3Ti4O12陶瓷深陷阱松弛特性.测试了CaCu3Ti4O12陶瓷在频率为0.1～107Hz,温度为–100～100℃的范围内的介电频谱及温谱.通过对不同温度下介电频谱的分析,研究了双Schottky势垒结构中深陷阱松弛特性.研究表明:在交流小信号作用下,由于Schottky势垒中深陷阱与Fermi能级的上下关系发生变化,引起深陷阱电子发射和俘获即电子松弛过程,在介电频谱中表现为松弛峰;并且由介电谱的分析结果可得深陷阱能级等微观参数.比较不同试样的深陷阱参数可知:在CaCu3Ti4O12陶瓷中,在导带以下约0.52和0.12 eV的能级处存在由本征缺陷产生的深陷阱.介电温谱与频谱的分析类似,二者可以互为补充.     

CaCu3Ti4O12的制备及其对巨介电性能的影响

用传统的烧结法，经850—950℃预烧和1050—1090℃烧结，制备了CaCu3Ti4O12巨介电常数陶瓷，通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分别对体系进行了结晶性能和形貌测试，用阻抗分析仪对试样在50—300K温区范围内介电性能进行了测试．研究结果表明，CaCu3Ti4O12结晶完整性、晶界及缺陷对其巨介电常数的大小、出现低介电常数向高介电常数转变时对应温度的高低有直接的影响．在950℃预烧和1090℃下烧结的样品要比880℃预烧和1050℃下烧结样品出现极化子松弛时对应的温度下降约70K，介电常数相对提高约300％，在较大的温区范围具有高的介电常数．材料的结晶越完整，由低到高介电常数的转变速度越快．     

Ag/Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si结构铁电薄膜制备及其铁电性能的研究

利用溶胶-凝胶(sol-gel)方法,在硅基底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si铁电薄膜,其中Bi4Ti3O12作为缓冲层.用XRD方法分析了该结构铁电薄膜的物相结构;用扫描电镜对薄膜样品进行表面形貌观察;并且对该结构的铁电性能进行了研究.     

Bi4Ti3O12铁电薄膜I-V特性的研究

采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上成功制备了低漏电流Bi4Ti3O12(BIT)铁电薄膜,对所得样品的漏导行为进行了研究.研究表明,Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度在+3V偏压下低于10-9A/cm2,满足器件应用的要求.在不同场强下薄膜的漏导机制不同,而且正向和负向电场作用下I-V曲线明显不同,正向漏电流明显小于负向漏电流.电压低于2V时,薄膜以欧姆导电机制为主,电压在2～5.4V(加正向电压)或2.2～3.6V(加负向电压)时,BIT薄膜应以Schottky emission导电机制为主;而对于较高的场强下,BIT薄膜以Space-charge limited currents(SCLC)导电机制为主.     

SrTiO_3/CaCu_3Ti_4O_(12)复合陶瓷材料的介电性能

本文采用固相反应法制备了xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)复合陶瓷,研究了复合材料的物相、微观结构和宽温度宽频率范围内的介电性能。结果表明:在1348~1600K的温度范围内烧结能够得到致密性良好的xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)复合陶瓷。频率为100kHz时,样品的室温介电常数随SrTiO_3含量的增加而减少,从71358(x=0)单调减少至270(x=1),其变化规律遵循Lichtenecker法则。介电损耗随SrTiO_3含量的增加先增大后减少。当x=0.2时,样品与CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的介电性能相似,存在低温的介电弛豫和巨介电常数平台。随着SrTiO_3含量的增加,复合陶瓷的低温介电弛豫激活能增大,介电响应被抑制,而高温介电响应由于高温电导的影响而增强,使得CaCu_3Ti_4O_(12)特有的巨介电常数平台随着SrTiO_3的增加逐渐消失,xSrTiO_3/(1-x)CaCu_3Ti_4O_(12)复合材料的温度依赖性增强。     

电极对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

通过研究在不同气氛(氮气和氧气),CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷样品在一定温度下进行后处理后,不同功函数电极对其介电性质的影响,进而研究CCTO陶瓷的巨介电常数的起源问题.我们在空气中制备了CaCu3Ti4O12陶瓷,发现样品表面电阻率很大,样品表面呈现绝缘态,此时不同功函数电极以及不同电极制备方法对其介电性质几乎没有影响,说明CCTO的巨介电常数是由孪晶界或半导体晶粒与绝缘晶界所产生的内部阻挡电容(IBLC)所引起.但当样品在高温氮气中后处理后,样品表面电阻率明显下降,以较大功函数的金属作为电极的样品,其介电常数有了明显的提高,而以功函数小的金属作为电极的样品,其介电常数变化不大.从而进一步说明当CCTO样品表面处于半导态,表面电极效应也是CCTO巨介电常数来源之一.     

ZBL低温助烧CaCu3Ti4O12高介电陶瓷的研究

采用固相合成CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)微波介质陶瓷基体粉体,通过XRD衍射仪、SEM扫描电镜表征掺杂ZnO-B_2O_3-La_2O_3(ZBL)低软化点玻璃助烧剂的(CCTO)陶瓷的物相组成及结构特点,研究ZBL玻璃的掺杂量对CCTO样品烧结性能及微波介电性能的影响。研究表明:添加10%(质量分数)ZBL玻璃的CCTO陶瓷在960℃烧结3h,能够获得较好的介电性能:εr=112,tanδ=0.0027,τf=-2×10-6/℃。     

水热法制备花状纳米片簇Li4Ti5O12及其储锂性能

以氢氧化锂和钛酸四丁酯为原料,采用水热法制备出花状纳米片簇Li4Ti5O12粉体,研究了不同原料配比对产物晶体结构的影响。采用XRD、SEM对Li4Ti5O12的晶体结构和形貌进行了分析,结果表明所得产物是由Li4Ti5O12纳米片层组成的花状微球,所得晶体为尖晶石型结构。恒电流充放电实验表明,Li4Ti5O12在充放电倍率为0.1、1和2C下首次放电比容量分别为160、141和128mAh/g。     

Ho掺杂对Bi4-xHoxTi3O12陶瓷结构与铁电性能的影响

以Ho为掺杂元素,采用热压烧结方法制备Bi4-xHoxTi3O12陶瓷,重点研究了Ho掺杂量对其物相组成、致密度、微观结构和铁电性能的影响.首先以Bi2O3、TiO2和Ho2O3微粉为原料,利用固相反应在900℃合成出主晶相为Bi4Ti3O12的Bi4-xHoxTi3O12(x=0～0.8)粉体;然后,将合成粉体在850℃、30 MPa条件下热压烧结,当Ho掺杂量x=0～0.4得到了物相单一、整体致密(>99%)的Bi4-xHoxTi3O12陶瓷.随Ho掺杂量的增加,Bi4-xHoxTi3O12陶瓷的剩余极化强度呈现先增大后减小的趋势,主要与氧空位浓度和不同掺杂浓度引起的掺杂位置的不同有关.在Ho掺杂量x=0.4时,其剩余极化强度最大(2Pr=13.92μC/cm2),远大于未掺杂的Bi4Ti3O12陶瓷,说明适量Ho掺杂能有效改善其铁电性能.     

不同化学组分对CaCu3Ti4O12介电陶瓷性能的影响

用溶胶-凝胶（Sol-gel）技术制备了掺杂5％、10％的Ca、Cu及Ti化学组分的化合物CaCu3Ti4O12系列纳米粉体并后续烧结成多晶陶瓷。用XRD、SEM手段表征了烧结体的晶相和微观形貌。通过研究样品的介电性能，发现系列金属离子的掺杂几乎没有改善样品的介电性能。实验研究表明，经1000℃烧结、保温2h严格按照化学组分配制的CaCu3Ti4O12介电陶瓷的致密性好、晶粒均匀，具有良好的介电性能，室温下在10^2～10^5Hz宽频范围，介电常数ε达到～10^4，介电损耗低于～0.15。     

CaCu3Ti4O12巨介电氧化物陶瓷的制备与性能

研究了合成CaCuaTiO12巨介电响应氧化物的固相反应。用X射线衍射跟踪反应进程。该反应以CaTiO3为中间产物。两步合成工艺可以降低完全反应所需温度,并可在不超过1000℃下合成单相CaCuaTi4O12。通过引入过量CuO,进一步提高了介电常数,降低了介电损耗。在1080℃下烧成的CuO过量4mol％的陶瓷试样,相对介电常数为29000,损耗角正切值为0．06（1kHz）。     

CaCu3Ti4O12多晶块材的巨介电常数

采用固相反应法制备了CaCu3Ti4O12单相多晶块材,系统地研究了其介电常数与温度（ε（T））和频率（ε（f））的依赖关系,结果表明,CaCu3Ti4O12多晶块材在温度为300K、频率为1kHz时,ε高达14000;在1kHz、100～340K温区内ε的数值基本不变．CaCu3Ti4O12多晶块材的介电特性很难用位移型铁电体的相关理论描述,可能源于在纳米尺度的畴区内极化弛豫的动态变化．在1kHz交流电场作用下,温度低于100K时,CaCu3Ti4O12多晶块材ε的急剧下降与其中氧空位引起Ti离子变价所产生的极化子的热激活相关。     

尖晶石型CuAl2O4掺杂对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

研究了尖晶石型CuAl₂O₄掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷显微结构、介电性能以及松弛特征和缺陷结构的影响。在频率为10^-1~10⁷ Hz、温度为153~453 K的条件下测量了样品的介电性能。研究表明, 适量添加CuAl₂O₄, 使样品晶粒尺寸减小并趋于均匀, 击穿场强从CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品的3.0 kV/cm提高到13.0 kV/cm, 低频介电损耗减小。介电松弛中的高频松弛过程起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 其活化能~0.10 eV基本不变; 随着CuAl₂O₄含量增加, 与界面相关的松弛活化能从0.50 eV减小到0.22 eV, 可能与CuAl₂O₄在样品中引入杂质及更复杂的界面有关; 电导活化能从0.66 eV增至0.86 eV, 归因于CuAl₂O₄第二相抑制了晶界处的载流子跳跃, 提高了Schottky势垒高度。CuAl₂O₄掺杂量大于100mol%, 过量CuAl₂O₄会导致样品晶界势垒崩塌, 样品失去非欧姆特性和巨介电性能。     

烧结温度对CaCu3Ti4O12巨介电性能的影响研究

制备CaCu3Ti4O12陶瓷,在50 K～300 K温区范围内测试试样介电性能.研究结果表明,CaCu3Ti4O12结晶完整性、晶界及缺陷对其巨介电常数的大小、出现低介电常数向高介电常数转变时对应温度的高低以及对极化粒子的温度活化响应弥散程度有直接的影响.随晶界和缺陷的下降,极化粒子受缺陷相互作用相应减弱,产生松弛时需要克服的势垒下降,对应的产生松弛的温度随之降低.材料的结晶越完整,极化粒子的温度活化响应弥散现象越小,由低到高介电常数的转变速度越快.     

CaCu3Ti4O12中的晶界弛豫

研究了CaCu3Ti4O12在低温低频下的内耗曲线特征,发现金属中来源于晶界的内耗规律也适合CaCu3Ti4O12材料.测量了晶界弛豫激活能的大小和不同温度下该材料的特征弛豫时间.与常温的情况相比,低温下CaCu3Ti4O12的特征弛豫时间明显增加.分析表明:这种弛豫时间的增加来源于在畴区上极化弛豫的动态慢化效应.     

氧化气氛对CaCu3Ti4O12陶瓷显微结构及介电性能的影响

采用固相法合成了CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷, 研究了氧化气氛热处理对其显微结构和介电性能的影响。结果表明, 氧化气氛热处理后, CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的介电常数略微下降, 介电损耗角正切值得到有效抑制, 降至0.03~0.04。在183~273 K温度范围内, CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷总的介电损耗可以分解成低频电导损耗和高频的两个弛豫损耗峰, 氧化气氛热处理后低频电导损耗的贡献下降较为明显。对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的晶粒、晶界进行阻抗分析, 发现在393 K时晶界电阻值从1.8×10⁴ Ω增大到8.6×10⁴ Ω。伏安特性(J-E)结果表明氧化气氛热处理使CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的击穿场强和非线性系数分别从226 V/mm、3.52上升到397 V/mm、4.51, 晶界势垒高度从0.56 eV增大到0.63 eV。