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无机材料学报 2014年第1期29卷 57-61页

作者：王赛侯育冬郑木鹏段成辉朱满康严辉北京工业大学材料科学与工程学院北京100124

采用固相合成法制备出致密的fetinbo6陶瓷,研究了材料的相结构与电学行为。结果显示,样品为四方金红石结构,晶胞参数a=b=0.4652 nm,c=0.3013 nm。相对于纯金红石型TiO2,fetinbo6陶瓷晶格畸变增大,诱发体系出现铁电行为。此外,样品呈现... 详细信息

采用固相合成法制备出致密的fetinbo6陶瓷,研究了材料的相结构与电学行为。结果显示,样品为四方金红石结构,晶胞参数a=b=0.4652 nm,c=0.3013 nm。相对于纯金红石型TiO2,fetinbo6陶瓷晶格畸变增大,诱发体系出现铁电行为。此外,样品呈现弥散相变与频率色散现象,这与金红石结构中等同八面体中心位不等价离子的占据相关。样品的直流电导率主要来源于氧空位的电离与迁移,其转变点靠近相变区域。研究表明fetinbo6是一种具有应用潜力的新型无铅弛豫铁电体。

关键词： fetinbo6 金红石结构弥散相变弛豫性

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新型铁电体的构建与弛豫性研究

新型铁电体的构建与弛豫性研究

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作者：王赛北京工业大学

学位级别：硕士

随着电子元器件日益朝着轻薄短小趋势的发展，人们对材料性能的要求也越来越高。传统的锆钛酸铅等铁电体尽管性能优越，但材料含有大量的铅，在制备和使用过程中对环境和人体造成危害，因而急需发展高性能的新型无铅铁电体。此外，与铁... 详细信息

随着电子元器件日益朝着轻薄短小趋势的发展，人们对材料性能的要求也越来越高。传统的锆钛酸铅等铁电体尽管性能优越，但材料含有大量的铅，在制备和使用过程中对环境和人体造成危害，因而急需发展高性能的新型无铅铁电体。此外，与铁电材料相关的新原理，新应用以及对铁电体铁电起源的研究还有待完善和补充。本文主要选取两类新型无铅铁电体——钙钛矿结构的(Bi,La)AlO3和金红石结构的fetinbo6作为目标体系，系统进行了材料合成，微结构表征以及弛豫特性分析。具有钙钛矿结构的La0.9Bi0.1AlO3(LBAO)与纯LaAlO3相比表现出较好的介电性能而引起人们关注。然而，传统固相法制备LBAO必须选用高的合成温度（1100℃）才能使原料具有足够的能量克服原子或离子扩散势垒，合成纯相。值得注意的是，高的合成温度不仅会导致能源浪费，而且合成的粉体还具有高的团聚度和较大的颗粒尺寸。本研究中，采用两步熔盐合成方法在低温550℃下制备LBAO弛豫纳米晶，相比传统固相法合成温度降低了500℃以上。研究表明，合成的粉体为三方钙钛矿结构，空间群R-3C，显微结构为片状纳米晶，平均尺寸50nm左右。以纳米粉体为前驱体致密化的LBAO陶瓷与LaAlO3陶瓷相比介电性能明显提高，有望应用于新型无铅陶瓷器件。FeTiTaO6是另一种具有金红石结构的铁电陶瓷，其材料合成与弛豫铁电机制研究是近年来本领域的热点之一。但是，作为主原料的Ta2O5价格昂贵，限制了该材料的推广应用。考虑到Nb5+与Ta5+同为VB族过渡元素，电子结构相似，因而从理论上推断，用Nb5+代替Ta5+与Fe3+复合对TiO2进行占位取代构建fetinbo6陶瓷也可能诱发弛豫铁电行为。本文采用传统固相法合成fetinbo6陶瓷，研究了宽温度范围内材料的铁电弛豫特性及磁性能。结果表明，合成的fetinbo6陶瓷为四方金红石结构，空间群为P42/mnm。材料在低温和高温下呈现两个不同的弛豫介电峰。低温下的介电弛豫峰具有明显的频率色散现象，符合修正的德拜弛豫模型，证明材料中变价Fe2+与Fe3+产生电荷跃迁。直流电导率dc的温度依赖性曲线很好的符合变程跃迁机制(VRH)模型。进一步，比较烧结样品与氧气氛退火后样品的介电性能，证明fetinbo6陶瓷低温下的介电弛豫行为是材料的本征特性。除此之外，材料在室温下还观察到了磁滞回线，表明fetinbo6陶瓷有弱磁性。高温下，样品的直流电导率主要来源于氧空位的电离与迁移，其转变点靠近相变区域。研究表明fetinbo6是一种具有应用潜力的新型无铅多铁材料。

关键词：新型铁电体 (Bi,La)AlO3 fetinbo6 多铁两步熔盐法

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储能用陶瓷与聚合物复合材料性能研究

储能用陶瓷与聚合物复合材料性能研究

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作者：付靖北京工业大学

学位级别：硕士

高技术领域的迅猛发展对介电材料的电性能与可加工性提出了更高的要求。基于协同原理,结合陶瓷和聚合物各自的优势,将具有高介电常数、低损耗的陶瓷材料与高击穿场强、柔性的聚合物材料通过适当方法进行组合,可以构建出新型有机无机复... 详细信息

高技术领域的迅猛发展对介电材料的电性能与可加工性提出了更高的要求。基于协同原理,结合陶瓷和聚合物各自的优势,将具有高介电常数、低损耗的陶瓷材料与高击穿场强、柔性的聚合物材料通过适当方法进行组合,可以构建出新型有机无机复合材料,在保持高介电常数的同时,具备良好的加工性能,在嵌入式电容器领域具有应用前景。本文主要以BaTiO3-polyvinylidene fluoride(BT-PVDF)复合材料为目标体系,系统研究了微观结构与介电性能的关联性,包括:影响填料极化性能的尺寸与形状因素,有机无机界面相容性等,通过结构设计与工艺调控提升复合材料的介电性能。此外,选取新型巨介电材料Fe TiNbO6作为填料,研究了fetinbo-PVDF复合材料的介电行为变化规律。BT-PVDF复合材料是一种研究广泛的有机无机复合材料。然而,现有研究中仍然存在一些问题阻碍其介电性能的提升,例如:具有高极化特性填料的选取,有机无机界面的改善等。因此,深入研究铁电尺寸效应以及填料的表面改性对于发展高性能BT-PVDF复合材料极为重要。在本文中,首先基于熔盐化学原理,通过调节煅烧温度获得不同颗粒尺寸的BT粉体,依据X射线衍射精修数据对填料自发极化性能进行研究。结果显示,平均尺寸600nm的BT粉体具有强极化特性。进一步,利用水溶性的polyvinylprrolidone(PVP)对600nm尺度的BT粉体进行表面包覆,成功构建核-壳结构,改善填料在PVDF基体中的分散性,从而显著提升BT-PVDF复合材料的介电常数与储能密度。另一方面,系统研究了BT粉体一维结构对BT-PVDF复合材料介电性能的影响规律。已有研究发现,以一维纳米结构铁电材料作为填料的复合材料相比于同组分颗粒填料的复合材料有着更高的介电性能。由于聚合物本身良好的加工性能,可以控制一维铁电材料在聚合物基底中的取向排列,从而在外电场作用下提升极化强度,获得优异的介电性能。但是,相对于颗粒填料而言,一维铁电填料的合成更为复杂。因此,寻找一种简单且可大量合成一维铁电材料的方法极为重要。在本工作中,基于局部化学拓扑原理,通过熔盐法制备BT一维材料,分析生长机制,并对不同形貌BT与PVDF的复合材料的介电与储能性能进行对比。fetinbo(FTN)是新发现的具有高介电常数的电介质材料(10405),并且具有较高的居里温度(550K)。在我们的另一项工作中,以FTN为填料,构建了FTN-PVDF复合电介质材料。首先,通过常规固相法合成结晶性良好的FTN颗粒。然后,通过热压工艺,进一步制备了FTN均匀分散的FTN-PVDF复合材料。相比于广泛研究的BT-PVDF等复合材料,在相同的填充体积比下,FTN-PVDF复合材料显示更高的介电常数。通过电介质理论以及微结构演化分析,我们认为其高介电常数来源于三个因素,包括:半导化性质的FTN巨介电填料,随着FTN体积分数增加而逐渐形成的微电容结构以及渗流现象的产生。本论文进行的复相材料结构设计与相关介电理论分析工作对于发展新型复相材料有很好的借鉴价值,相关材料体系有望进一步优化应用于嵌入式电容器。

关键词：熔盐法一维材料 fetinbo6 复合材料储能

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