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Ba^2+掺杂对cacu3ti4o12陶瓷结构与电性能的影响

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压电与声光 2020年第4期42卷 492-496页

作者：钟鑫吴洋唐柱明周梓鑫张晨江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212003

采用传统固相法制备了Ca1-xBaxCu3ti4o12(x=0,0.005,0.010,0.020,0.030,0.040,0.050,0.100,摩尔分数)陶瓷。用X线衍射仪、扫描电子显微镜、介电温谱测试系统及阻抗测试仪研究了Ba^2+掺杂量的变化对Ca1-xBaxCu3ti4o12陶瓷的相结构、微观形貌及电性能影响。研究结果表明,随着Ba^2+掺杂量的增加,陶瓷试样产生了第二相Cuo,同时Ba^2+掺杂使cacu3ti4o12的晶格常数增大。Ca1-xBaxCu3ti4o12陶瓷的晶粒尺寸随Ba^2+掺杂量的增加而减小,气孔率随之降低。掺杂适量的Ba^2+可有效降低cacu3ti4o12陶瓷的介电损耗,也可降低相对介电常数随温度的变化率。一定量的Ba^2+掺杂还能增加cacu3ti4o12的晶界电阻。

关键词：固相法 cacu3ti4o12陶瓷相结构微观形貌电性能

Bi的A位掺杂对cacu3ti4o12陶瓷电性能的影响

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中国陶瓷 2018年第6期54卷 36-39页

作者：徐玲芳张宇毛聪杨昌平湖北大学物理与电子科学学院

采用传统固相法制备了Bi掺杂cacu3ti4o12陶瓷。采用X射线衍射分析了样品的相结构,采用介电温谱和Ⅰ-Ⅴ曲线研究了其介电和非线性特性。结果表明,Bi掺杂cacu3ti4o12陶瓷均为立方相类钙钛矿结构。Bi的A位掺杂在保持陶瓷较高介电常数的同... 详细信息

采用传统固相法制备了Bi掺杂cacu3ti4o12陶瓷。采用X射线衍射分析了样品的相结构,采用介电温谱和Ⅰ-Ⅴ曲线研究了其介电和非线性特性。结果表明,Bi掺杂cacu3ti4o12陶瓷均为立方相类钙钛矿结构。Bi的A位掺杂在保持陶瓷较高介电常数的同时使得其介电损耗有所降低,同时也导致非线性系数的降低,并认为晶粒晶界形成的阻挡层电容器结构对其巨介电特性及非线性行为有重要贡献。

关键词： cacu3ti4o12陶瓷掺杂介电谱非线性系数

改性巨介电常数cacu3ti4o12陶瓷介电性能研究及电容器研制

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改性巨介电常数CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能研究及电容器研制

作者：李晔城太原理工大学

学位级别：硕士

cacutio(简称CCTo)陶瓷材料因具有高的介电常数,极佳的温度和频率稳定性,使其在电子器件小型化方面拥有巨大的潜力,因此受到了广泛关注。但是,该材料因介电损耗较大,限制了其实际应用。所以,如何在保持CCTo巨介电常数的同时,降低其介电... 详细信息

cacutio(简称CCTo)陶瓷材料因具有高的介电常数,极佳的温度和频率稳定性,使其在电子器件小型化方面拥有巨大的潜力,因此受到了广泛关注。但是,该材料因介电损耗较大,限制了其实际应用。所以,如何在保持CCTo巨介电常数的同时,降低其介电损耗,成为一项具有实用价值的研究课题。为了降低CCTo的损耗,本文采用溶胶凝胶法制备了CCTo粉体;然后,为改善其综合介电性能,采用Sr/Zr元素进行掺杂,研究它们对CCTo陶瓷介电性能的影响;最后,研制了CaSrCutiZro电容器。主要结论如下:1.利用碱性调节剂,系统研究了溶胶凝胶流程中各项工艺对最终陶瓷样品介电性能的影响,制备了低损耗的CCTo陶瓷。结果表明,在使用柠檬酸为络合剂,利用氨水将溶液pH值调节至4,加入聚乙二醇作为表面活性剂,加入PVA进行造粒,造粒后在24 MPa下压制成型,最后于1050℃保温12 h烧结,陶瓷样品的介电常数为6120,介电损耗为0.018,耐压强度为1060.66 V/cm,非线性系数为4.30。2.研究了Sr掺杂,Zr掺杂,Sr/Zr共掺杂对CCTo陶瓷介电性能的影响。当只进行Sr元素掺杂时,CaSrCutio的介电常数为38000,介电损耗为0.036;只有Zr元素掺杂时,cacutiZro的介电常数为4959,介电损耗为0.024;而共掺杂样品CaSrCutiZro陶瓷的介电常数为10613,介电损耗为0.020;制备得到的共掺杂CCTo陶瓷样品的介电损耗比较低,同时还拥有巨大的介电常数,相比于纯CCTo陶瓷样品更具实用价值。3.制备了CaSrCutiZro陶瓷电容器。将电容器分别放置于室温和60℃环境中,测试电容器的时间稳定性;对电容器进行0.5 mA恒流充放电5000次,测试电容器的循环充放电稳定性;将电容器置于200℃环境中4 h,测试样品的高温冲击稳定性,实验结果表明,该电容器具有良好的时间稳定性,高温冲击稳定性和循环充放电稳定性(△C/C<1%)。

关键词： cacu3ti4o12陶瓷溶胶凝胶工艺 Sr/Zr共掺杂介电特性电容器

高介电氧化物cacu3ti4o12陶瓷的阻抗谱研究

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高介电氧化物CaCu3Ti4O12陶瓷的阻抗谱研究

作者：何邕华北电力大学（北京）

学位级别：硕士

采用传统的陶瓷工艺制备了cacutio(CCTo)陶瓷,研究了烧结气氛和掺杂对CCTo陶瓷相组成和阻抗谱特征的影响。与空气中烧结的陶瓷相比,在约0.1Mpa的氧气中烧结的CCTo陶瓷,畴电阻率从70Ω.cm增加到120Ω.cm,数量级上没有明显的增加,表明CCT... 详细信息

采用传统的陶瓷工艺制备了cacutio(CCTo)陶瓷,研究了烧结气氛和掺杂对CCTo陶瓷相组成和阻抗谱特征的影响。与空气中烧结的陶瓷相比,在约0.1Mpa的氧气中烧结的CCTo陶瓷,畴电阻率从70Ω.cm增加到120Ω.cm,数量级上没有明显的增加,表明CCTo晶粒或畴的n型半导不应该是由失氧引起的。掺铝CCTo陶瓷的晶粒和晶界电阻率随着掺杂含量的增加先增大后减小,低掺杂浓度时, Al取代ti,为受主掺杂,高掺杂浓度时,Al取代Cu,为施主掺杂。掺铌CCTo陶瓷的晶界电阻率和畴界电阻率则随掺铌含量增加而减小。不同气氛下烧结和不同掺杂条件下得到的CCTo陶瓷高介电常数都是由内部阻挡层电容器效应造成的。

关键词： cacu3ti4o12陶瓷高介电常数阻抗谱掺杂 n型半导

B位施主/受主离子共取代制备高击穿场强cacu3ti4o12基陶瓷及其介电性能的研究

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B位施主/受主离子共取代制备高击穿场强CaCu3Ti4O12基陶瓷及其介...

作者：卢文敏太原理工大学

学位级别：硕士

本文是国家自然科学基金面上项目“低损耗CCTo陶瓷电介质的制备与损耗机理研究”(项目编号:20200401154433)的研究内容之一,研究高击穿场强的提高方法。cacutio(简称CCTo)基介电陶瓷凭借高介电常数和高热稳定性等优异性能在电子元器件... 详细信息

本文是国家自然科学基金面上项目“低损耗CCTo陶瓷电介质的制备与损耗机理研究”(项目编号:20200401154433)的研究内容之一,研究高击穿场强的提高方法。cacutio(简称CCTo)基介电陶瓷凭借高介电常数和高热稳定性等优异性能在电子元器件小型化和储能方面具有巨大应用潜力,并引起国内外研究者广泛关注。然而,介电损耗较高、击穿场强低等问题极大地限制了其实际应用。为了提高CCTo的击穿场强,本文采用聚合物热解法制备了CCTo粉体;然后,为改善其综合介电性能,采用施主/受主进行离子共取代,研究取代元素及取代量对CCTo陶瓷的微观结构、形貌与介电性能的影响规律,并揭示其作用机理。本文主要研究内容和主要结果如下:(1)利用聚合物热解法制备了高击穿场强的CCTo陶瓷。系统研究了聚合物热解法制备流程中引发剂量、聚合单体量、预烧温度和烧结温度对陶瓷介电性能的影响。结果表明,当过硫酸铵和丙烯酸的质量比为0.5%,丙烯酸与阳离子的摩尔比为2.0,CCTo粉末预烧温度为850℃,烧结温度为1060℃时陶瓷的综合性能最优,具有较高的击穿场强(11.45 k V/cm)、较高的介电常数(14892)和较低的介电损耗(0.030)。(2)制备了cacutiTao陶瓷和具有高击穿场强的cacutiCrTao陶瓷。先确定了本实验中Ta的最佳取代量为5mol%,然后研究了Cr与Ta共取代ti对CCTo陶瓷性能的影响,发现cacutiCrTao陶瓷的介电常数随着Cr取代量的增加呈现介电常数先增大后减小的趋势,与介电损耗的变化趋势相反。cacutiCrTao陶瓷综合性能最为优异,其击穿场强提高至61.33 k V/cm,介电常数为3527,介电损耗为0.047。Cr/Ta共取代使CCTo陶瓷击穿场强大幅提高是由于势垒高度的增高。(3)研究了Ni/Ta取代对CCTo陶瓷微观结构和介电性能的影响。cacutiNiTao陶瓷随着Ni取代量的增加,平均晶粒尺寸先增大后减小。随着Ni取代量的增加,cacutiNiTao陶瓷室温介电常数相应增大,而介电损耗先减小后增大,击穿场强呈现先增大后减小的趋势。这是因为适量的Ni取代有利于晶粒尺寸的正常生长和势垒高度的增高。(4)总结了施主/受主离子共取代CCTo介电陶瓷的性能变化规律。发现Cr/Ta取代更利于降低CCTo陶瓷的介电损耗,并提高击穿场强;而Ni/Ta取代使CCTo陶瓷介电性能变差。原因是Cr/Ta取代使得CCTo陶瓷晶界绝缘特性增强和势垒高度增大,而Ni/Ta取代晶界绝缘特性变差。

关键词： cacu3ti4o12陶瓷聚合物热解工艺施主/受主共取代高击穿场强介电性能

cacu_3ti_4o_(12)陶瓷深陷阱松弛特性研究

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无机材料学报 2012年第11期27卷 1185-1190页

作者：杨雁李盛涛李晓吴高林王谦鲍明晖重庆市电力公司电力科学研究院重庆401123 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

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... 详细信息

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.

关键词： cacu3ti4o12陶瓷介电频谱松弛特性 Schottky势垒

cacu_3ti_4o_(12)陶瓷松弛损耗机理研究

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物理学报 2013年第8期62卷 472-477页

作者：王辉林春江李盛涛李建英西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

cacu3ti4o12介电损耗较大且损耗机理尚不明确,因此限制了其应用.本文采用固相法和共沉淀法合成cacu3ti4o12陶瓷,利用宽带介电温谱研究在交流小信号作用下,双Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程、载流子松弛过程以及cacu3ti4o1... 详细信息

cacu3ti4o12介电损耗较大且损耗机理尚不明确,因此限制了其应用.本文采用固相法和共沉淀法合成cacu3ti4o12陶瓷,利用宽带介电温谱研究在交流小信号作用下,双Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程、载流子松弛过程以及cacu3ti4o12陶瓷的介电损耗性能.研究发现,在低频下以跳跃电导和直流电导的响应为主,而高频下主要为深陷阱能级的松弛过程所致,特别是活化能为0.12eV的深陷阱浓度,这是决定cacu3ti4o12陶瓷高频区介电损耗的重要因素.降低直流电导,有利于降低低频区介电损耗;而高频区介电损耗的降低,需要降低深陷阱浓度或增大晶粒尺寸.共沉淀法制备的cacu3ti4o12陶瓷,有效降低直流电导及控制深陷阱浓度,介电损耗降低明显.

关键词： cacu3ti4o12陶瓷介电损耗松弛过程 Schottky势垒

cacu_3ti_4o_(12)陶瓷介电模量响应特性的研究

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物理学报 2013年第8期62卷 466-471页

作者：李盛涛王辉林春江李建英西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

由于cacu3ti4o12巨介电常数陶瓷的低频区直流电导较大,本文采用模量M''-f频谱表征与分析了低频和高频的两个松弛极化过程.研究认为,这两个特征峰属于晶界区Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程,其中高频松弛峰起源于晶粒本征缺... 详细信息

由于cacu3ti4o12巨介电常数陶瓷的低频区直流电导较大,本文采用模量M''-f频谱表征与分析了低频和高频的两个松弛极化过程.研究认为,这两个特征峰属于晶界区Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程,其中高频松弛峰起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程,而低频松弛峰则为与氧空位有关的松弛极化过程.对于cacu3ti4o12这类低频下具有高直流电导的陶瓷材料,采用模量频谱能更有效地分析研究其损耗极化机理.

关键词： cacu3ti4o12陶瓷模量松弛过程电导

cacu_3ti_4o_(12)陶瓷的巨介电响应机理

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中国有色金属学报 2011年第3期21卷 630-635页

作者：郑兴华张程刘馨汤德平肖娟福州大学材料科学与工程学院福州350108

针对cacu3ti4o12（CCTo）陶瓷的巨介电性起源存在较大争议的情况,以少量Mno2取代CCTo中Cuo或tio2、采用固相反应法烧结制备名义成分为cacu3-xMnxti4o12（x=0~0.3）和cacu3ti4-yMnyo12（y=0~0.1）的陶瓷。通过微结构和电性能的演变讨论C... 详细信息

针对cacu3ti4o12（CCTo）陶瓷的巨介电性起源存在较大争议的情况,以少量Mno2取代CCTo中Cuo或tio2、采用固相反应法烧结制备名义成分为cacu3-xMnxti4o12（x=0~0.3）和cacu3ti4-yMnyo12（y=0~0.1）的陶瓷。通过微结构和电性能的演变讨论CCTo陶瓷的巨介电响应机理。结果表明：加入少量Mno2后,所有陶瓷均为体心立方（BCC）类钙钛矿结构的CCTo单相;但是,CCTo陶瓷显微结构从异常长大的晶粒转变成均匀的细小晶粒;同时,CCTo陶瓷的电阻率从107-.cm显著提高到109-.cm;介电常数从104显著下降到102;介电损耗从10-1急剧降低到10-3;CCTo陶瓷的巨介电响应是由半导体化的晶界/亚晶界和相对绝缘的晶粒/亚晶粒组成的内部阻挡层电容器（IBLC）所致。在较低温度下（〈1 100℃）烧结获得高介电常数、低损耗和温度稳定的CCTo基陶瓷,找到一种降低CCTo陶瓷介电损耗的有效方法。

关键词： cacu3ti4o12陶瓷巨介电常数内部阻挡层电容器(IBLC) 低介电损耗