【摘要】：近年來(lái),具有Ruddlesden-Popper層狀結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)材料由于其微波應(yīng)用的誘人前景而獲得廣泛關(guān)注。本文探索了MLnAlO4(M = Ca,Sr;Ln=La,,Sm)基陶瓷的改性與燒結(jié)工藝優(yōu)化;系統(tǒng)研究了 SrLanAlnO3n+1(n = 1,2)與Srn+1 TinO3n+1(n =1,2)陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)、與微波介電性能。獲得的主要結(jié)論如下:在 SrLaAlO4 中通過(guò) B 位 Zn2+/Ti4+置換 Al3+可獲得 SrLaAl1-x(Zn0.5Ti0.5)xO4單相固溶體陶瓷,并顯著改善其微波介電性能。εr隨著Zn2+/Ti4+置換量的增加而增大;τf可從-30ppm/℃調(diào)節(jié)到33.6ppm/℃并在x = 0.5附近獲得近零值。當(dāng)x≤0.5時(shí),Q.值隨x值的增加有一定程度的提高,之后隨x的增加而明顯下降。結(jié)構(gòu)精修表明:當(dāng)x0.5時(shí),沿c軸化學(xué)鍵(Sr/La-02b和Al/Zn,Ti-02)鍵長(zhǎng)出現(xiàn)一明顯突變,該突變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中內(nèi)應(yīng)力增加且微結(jié)構(gòu)中缺陷也明顯增多,從而使Qf值在該成分處發(fā)生下降。設(shè)計(jì)并成功地制備出了具有n = 2型R-P結(jié)構(gòu)和優(yōu)異微波介電性能的Sr2LaAlTiO7陶瓷。結(jié)構(gòu)精修表明:該材料空間群結(jié)構(gòu)為I4//mmm,層間極化與SrLa2A12O7陶瓷相比有明顯改善。此外,由[001]、[010]和[110]晶帶軸的高分辨透射電鏡圖像(HRTEM)可知該陶瓷具有理想的周期層狀結(jié)構(gòu)堆垛。由于結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)的改善,在Sr2LaAlTi07陶瓷中獲得了優(yōu)異的微波介電性能。成功地獲得了介電常數(shù)在40～70之間且具有超低介電損耗的Srn+iTin03n+1(n=1,2)微波介質(zhì)陶瓷。XRD分析表明該陶瓷空間群結(jié)構(gòu)為四方I4/mmm。Qf值隨陶瓷致密度和晶粒尺寸的增大而逐漸增大,之后由于氧空位含量的增多而出現(xiàn)輕微下降。εr和τf主要由陶瓷成分決定,隨微結(jié)構(gòu)的變化不明顯。通過(guò) B203 的添加可有效降低 Ca1.15sSm0.85Al0.85Ti0.15O4 和 Sr0.6Ca0.4LaA104 陶瓷的致密化溫度。在Ca1.15Smo.85Alo.85Ti0.15O4陶瓷中添加適量B2O3(≤ 0.15 wt%)不會(huì)引起相組成的改變,Qf值不發(fā)生明顯下降;B203過(guò)量時(shí),晶粒間殘余的非晶相會(huì)與陶瓷基體反應(yīng)生成對(duì)性能有害的第二相,介電損耗明顯增大。而對(duì)于Sr0.6Ca0.4LaAlO4陶瓷,微量B2O3的加入便會(huì)產(chǎn)生對(duì)性能有害的第二相,Qf值發(fā)生明顯下降。因此,在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)降低陶瓷燒結(jié)溫度時(shí),應(yīng)根據(jù)陶瓷成分選擇合適的燒結(jié)助劑并嚴(yán)格控制燒結(jié)助劑的含量。研究出了以下具有優(yōu)異微波介電性能的材料:SrLaAl1-x(Zn0.5Ti0.5)xO4:εr= 23.5,Qf= 102,000 GHz,τf= 3.4 ppm/℃(x = 0.5);Sr2LaAlTiO7:εr= 26.5,Qf= 110,850 GHz,τf= 2.95 ppm/℃。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.1
【圖文】：

極化機(jī)制固有頻率時(shí)，各極化機(jī)制均參與響應(yīng)，介電常數(shù)達(dá)到最大；隨著電場(chǎng)頻逡逑率的逐漸增大，固有頻率較低的極化機(jī)制則由于跟不上電場(chǎng)的變化而退出響應(yīng)。逡逑因此，介電常數(shù)隨電場(chǎng)頻率的增大而呈現(xiàn)階梯狀下降的趨勢(shì)（見(jiàn)圖１．２）。在四逡逑種響應(yīng)機(jī)制中，電子極化建立的時(shí)間極短，約為１0“５？１0－１６秒，固有頻率最高；逡逑離子極化建立的時(shí)間約為１０－１２￣１０－１３秒；取向極化建立的時(shí)間較長(zhǎng)，約為１0夂￣１0－１（）逡逑４逡逑

＇輻射品質(zhì)因數(shù)和外部品質(zhì)因數(shù)。在工程上，徏可直觀地用諧振頻率＞與諧振頻逡逑率峰－３ｄＢ峰寬Ａ／０的比值來(lái)表示。如圖１．３所示，品質(zhì)因數(shù)徏越大，諧振峰越尖逡逑銳，諧振器的頻率選擇性越好，在特定頻段下發(fā)生竄擾的概率則越小。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙宏健;稀土鈣鈦礦氧化物結(jié)構(gòu)、磁性與多鐵性的第一性原理計(jì)算[D];浙江大學(xué);2015年

2 范協(xié)誠(chéng);MRAlO_4（M=Sr，Ca；R=La，Nd，Sm，Y）微波介質(zhì)陶瓷的基礎(chǔ)問(wèn)題及其改性[D];浙江大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2735797