二氧化硅摻雜鈦酸鍶鋇陶瓷的介電性能與電卡效應(yīng)
發(fā)布時間：2021-04-05 04:31
采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備二氧化硅（SiO2）摻雜鈦酸鍶鋇(Ba0.65Sr0.35TiO3,BST)陶瓷（BST+x%SiO2）,研究了摻雜二氧化硅對BST陶瓷的物相、微觀形貌、介電性能及電卡效應(yīng)的影響。結(jié)果表明:摻雜二氧化硅并未改變BST陶瓷的晶型結(jié)構(gòu),但有助于提升晶粒的均勻性和材料介電性能頻率的穩(wěn)定性。隨著二氧化硅摻雜量增加,BST陶瓷的介電常數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢,介電彌散特性逐漸增強(qiáng)。二氧化硅的摻雜有利于提升BST陶瓷的電卡性能,其中BST+3%SiO2陶瓷具有最優(yōu)的電卡效應(yīng),在30℃下可獲得最大電卡絕熱溫變(ΔTmax),ΔTmax和ΔTmax/ΔE分別為1.6℃、8.00×10-7℃·m/V,電卡效應(yīng)半峰寬(Tspan)為10℃左右。
【文章來源】：無機(jī)鹽工業(yè). 2020,52(03)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
BST+x%SiO2陶瓷XRD譜圖
圖2是BST+x%SiO2陶瓷SEM照片。從圖2看到，未摻雜SiO2的BST陶瓷主要由較小尺寸的晶粒和異常長大的晶粒組成，晶粒均勻性較差，同時晶粒表面存在氣孔；摻雜少量SiO2有助于晶粒的生長，如圖2b、c，其晶粒尺寸大于純相BST中的晶粒，這是因為摻雜的SiO2作為優(yōu)良的燒結(jié)助劑[9]，能夠促進(jìn)晶粒生長得較為致密，使晶粒表面沒有氣孔，并且提升晶粒的均勻度；當(dāng)SiO2摻雜量繼續(xù)增加時，陶瓷晶粒尺寸又逐漸減小，見圖2d、e，這是由于過多SiO2的加入阻礙了燒結(jié)顆粒的直接接觸，延緩了固相反應(yīng)中的傳質(zhì)過程，從而限制了BST晶粒的長大。2.2 介電性能分析
式中：εγ，vol和εγ，dom分別表示溫度T下單晶介電常數(shù)和鐵電疇壁介電常數(shù)。在升溫過程中，BST陶瓷從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较啵瑫r伴隨著應(yīng)力的產(chǎn)生。為滿足能量最低條件，材料中會形成90°鐵電疇以釋放應(yīng)力[13]。隨著晶粒的尺寸減小，四方相比例下降，單位體積疇壁隨之下降，從而使介電常數(shù)也隨之降低。雖然純相BST陶瓷晶粒小于摻雜5%SiO2的樣品，但其介電常數(shù)卻高于后者，表明SiO2對樣品介電性能的降低起主要作用。另外，摻雜3%SiO2的陶瓷樣品在居里溫度處的介電常數(shù)高于添加2%SiO2樣品的介電常數(shù)，這是由于在相變點處陶瓷中的Ba2+在BST晶格中的擴(kuò)散得到提升而取代了部分Sr2+的位置，從而造成了介電常數(shù)的異常增加[14]。圖4為不同頻率下BST+x%SiO2陶瓷的介電常數(shù)及介電損耗。由圖4可知，純BST陶瓷在高頻區(qū)發(fā)生介電常數(shù)的突降和介電損耗的跳躍式增加，介電損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SiO2摻雜的樣品，而SiO2摻雜的樣品在測試頻率范圍內(nèi)其介電常數(shù)、介電損耗均平穩(wěn)降低。由圖4a看出，介電常數(shù)隨SiO2摻雜量的增加而逐漸減小，主要是由于隨著頻率的增加，BST陶瓷內(nèi)部的電子位移和離子位移逐漸減弱，材料內(nèi)部極化強(qiáng)度降低所致。由圖4b看出，SiO2摻雜的BST陶瓷的介電損耗均低于純BST陶瓷；隨著SiO2摻雜量增大，介電損耗呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)SiO2摻雜量超過3%以后介電損耗開始下降，并且各樣品的介電損耗均低于0.03，這比純BST陶瓷的介電損耗小得多。與此同時，隨著SiO2摻雜量增加，介電常數(shù)、介電損耗平穩(wěn)變化的趨勢依然保持，與莊后榮等[15]制備的BST陶瓷相比，本研究制備的SiO2摻雜BST陶瓷介電常數(shù)的頻率穩(wěn)定性有了明顯提高。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1](Ba0.8Sr0.2)1-1.5xBixTiO3陶瓷的彌散相變和高溫介電異常研究[J]. 陳鋒,劉秋香. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(05)
[2]鈦酸鍶鋇陶瓷的制備及介電性能[J]. 莊后榮,楊繼安,李艷紅,甘雪萍,張斗,周科朝. 粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2012(05)
[3]BaO-SiO2-B2O3玻璃添加劑對Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷致密度和介電性能的影響[J]. 張慶猛,董桂霞,崔建東,杜軍. 材料導(dǎo)報. 2008(S2)
[4]BaTiO3基PTCR陶瓷的復(fù)阻抗譜研究[J]. 唐小鋒,唐子龍,周志剛. 無機(jī)材料學(xué)報. 2000(06)
碩士論文
[1]熱壓燒結(jié)PLZT陶瓷的電卡特性及溫區(qū)展寬效應(yīng)研究[D]. 陳墨.華中科技大學(xué) 2017
本文編號：3119140
【文章來源】：無機(jī)鹽工業(yè). 2020,52(03)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
BST+x%SiO2陶瓷XRD譜圖
圖2是BST+x%SiO2陶瓷SEM照片。從圖2看到，未摻雜SiO2的BST陶瓷主要由較小尺寸的晶粒和異常長大的晶粒組成，晶粒均勻性較差，同時晶粒表面存在氣孔；摻雜少量SiO2有助于晶粒的生長，如圖2b、c，其晶粒尺寸大于純相BST中的晶粒，這是因為摻雜的SiO2作為優(yōu)良的燒結(jié)助劑[9]，能夠促進(jìn)晶粒生長得較為致密，使晶粒表面沒有氣孔，并且提升晶粒的均勻度；當(dāng)SiO2摻雜量繼續(xù)增加時，陶瓷晶粒尺寸又逐漸減小，見圖2d、e，這是由于過多SiO2的加入阻礙了燒結(jié)顆粒的直接接觸，延緩了固相反應(yīng)中的傳質(zhì)過程，從而限制了BST晶粒的長大。2.2 介電性能分析
式中：εγ，vol和εγ，dom分別表示溫度T下單晶介電常數(shù)和鐵電疇壁介電常數(shù)。在升溫過程中，BST陶瓷從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较啵瑫r伴隨著應(yīng)力的產(chǎn)生。為滿足能量最低條件，材料中會形成90°鐵電疇以釋放應(yīng)力[13]。隨著晶粒的尺寸減小，四方相比例下降，單位體積疇壁隨之下降，從而使介電常數(shù)也隨之降低。雖然純相BST陶瓷晶粒小于摻雜5%SiO2的樣品，但其介電常數(shù)卻高于后者，表明SiO2對樣品介電性能的降低起主要作用。另外，摻雜3%SiO2的陶瓷樣品在居里溫度處的介電常數(shù)高于添加2%SiO2樣品的介電常數(shù)，這是由于在相變點處陶瓷中的Ba2+在BST晶格中的擴(kuò)散得到提升而取代了部分Sr2+的位置，從而造成了介電常數(shù)的異常增加[14]。圖4為不同頻率下BST+x%SiO2陶瓷的介電常數(shù)及介電損耗。由圖4可知，純BST陶瓷在高頻區(qū)發(fā)生介電常數(shù)的突降和介電損耗的跳躍式增加，介電損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SiO2摻雜的樣品，而SiO2摻雜的樣品在測試頻率范圍內(nèi)其介電常數(shù)、介電損耗均平穩(wěn)降低。由圖4a看出，介電常數(shù)隨SiO2摻雜量的增加而逐漸減小，主要是由于隨著頻率的增加，BST陶瓷內(nèi)部的電子位移和離子位移逐漸減弱，材料內(nèi)部極化強(qiáng)度降低所致。由圖4b看出，SiO2摻雜的BST陶瓷的介電損耗均低于純BST陶瓷；隨著SiO2摻雜量增大，介電損耗呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)SiO2摻雜量超過3%以后介電損耗開始下降，并且各樣品的介電損耗均低于0.03，這比純BST陶瓷的介電損耗小得多。與此同時，隨著SiO2摻雜量增加，介電常數(shù)、介電損耗平穩(wěn)變化的趨勢依然保持，與莊后榮等[15]制備的BST陶瓷相比，本研究制備的SiO2摻雜BST陶瓷介電常數(shù)的頻率穩(wěn)定性有了明顯提高。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1](Ba0.8Sr0.2)1-1.5xBixTiO3陶瓷的彌散相變和高溫介電異常研究[J]. 陳鋒,劉秋香. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(05)
[2]鈦酸鍶鋇陶瓷的制備及介電性能[J]. 莊后榮,楊繼安,李艷紅,甘雪萍,張斗,周科朝. 粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2012(05)
[3]BaO-SiO2-B2O3玻璃添加劑對Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷致密度和介電性能的影響[J]. 張慶猛,董桂霞,崔建東,杜軍. 材料導(dǎo)報. 2008(S2)
[4]BaTiO3基PTCR陶瓷的復(fù)阻抗譜研究[J]. 唐小鋒,唐子龍,周志剛. 無機(jī)材料學(xué)報. 2000(06)
碩士論文
[1]熱壓燒結(jié)PLZT陶瓷的電卡特性及溫區(qū)展寬效應(yīng)研究[D]. 陳墨.華中科技大學(xué) 2017
本文編號：3119140
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