寬的頻率和溫度范圍內(nèi),具有高介電常數(shù)和低介電損耗的材料能夠應(yīng)用于微型電子的集成化和小型化微電子器件,如電容器、諧振器和濾波器。巨介電陶瓷材料CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）作為一種常見(jiàn)的高介電常數(shù)材料,其在100⁶00 K的溫度范圍內(nèi),介電常數(shù)可達(dá)105。在過(guò)去的幾十年里,CCTO陶瓷的研究主要集中在介電性能上,獲取好的介電性能使用最廣泛的方法是元素?fù)诫s。CaCu₃Ti₄-_x Fe_x O₁₂（0≤x≤0.5）,CaCu₃Ti₄-_x Hf_x O₁₂（0≤x≤0.25）,CaCu₃Ti₄-_x-y-y Fe_x Hf_y O₁₂（x=y,0≤x+y≤0.2）陶瓷... 

【文章來(lái)源】：深圳大學(xué)廣東省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

CCTO空間結(jié)構(gòu)示意圖

鐵、鉿摻雜CaCu3Ti4O12陶瓷材料的制備及性能研究電性能的機(jī)制是晶粒的半導(dǎo)體性和晶體邊緣的絕緣性。晶粒的半導(dǎo)體性和晶體邊緣的絕緣性電極之間的非歐姆接觸得出了晶界內(nèi)部障礙層效應(yīng)。在“IBLC”模型中，CCTO陶瓷的介電特性可以用一個(gè)由兩個(gè)并聯(lián)的RC單元串聯(lián)等效電路(圖2)來(lái)代表。兩個(gè)平行的RC單位分別代表半導(dǎo)體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）。在這個(gè)模型中，Rg，Rgb，Cg和Cgb是頻率無(wú)關(guān)的模型參數(shù)，其中Cg和Cgb分別代表晶粒和晶界的電容，Rg和Rgb分別表示晶粒和晶界的電阻，這個(gè)內(nèi)部電容障礙層的模型可以通過(guò)Maxwell-Wagner公式運(yùn)算得出有效介電常數(shù)。當(dāng)Rgb<<Rg，Cg<<Cgb時(shí)，有效介電常數(shù)ε′=εgb(tgb+tg)/tgb。當(dāng)tgb<<tg時(shí)，ε′=εgb(tg/tgb)。圖2由半導(dǎo)體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）組成的等效電路圖Fig.2Theequivalentcircuitdiagramarecomposedofsemiconductorgrain(Rg,Cg)andinsulatinggrainboundary(Rgb,Cgb)CCTO介電效應(yīng)的機(jī)制除了第一種介紹的內(nèi)部阻擋層電容（IBLC）模型，還可以通過(guò)雙阻擋層電容（DBLC）來(lái)解釋[16]。雙阻擋層電容（DBLC）模型可以用一個(gè)由三個(gè)并聯(lián)的RC單元串聯(lián)等效電路（圖3）來(lái)代表。三個(gè)平行的RC單位分別代表半導(dǎo)體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）和表面層（Rs，Cs）。在這個(gè)模型中，Rg和Cg、Rgb和Cgb、Rs和Cs是頻率無(wú)關(guān)的模型參數(shù)，其中Cg、Cgb、Cs分別代表晶粒、晶界和表面層的電容，Rg、Rgb、Rs分別表示晶粒、晶界和表面層的電阻。通過(guò)對(duì)CCTO復(fù)阻抗（Zˊ）圖譜的分析可知：ˊ=1Rg1+Cg1+1Rs1+Cs1+1Rgb1+Cgb1再通過(guò)繪制復(fù)阻抗圖譜，在Rg，Rs，Rgb不同設(shè)定關(guān)系下可以求出各電阻值。對(duì)電阻值的分析還可對(duì)CCTO不同溫度下弛豫時(shí)間和弛豫行為進(jìn)行研究。如在高頻率下的弛豫時(shí)間ˊˊ=Rg(T)CbC

鐵、鉿摻雜CaCu3Ti4O12陶瓷材料的制備及性能研究圖3由半導(dǎo)體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）、表面層（Rs，Cs）組成的等效電路圖Fig.3Theequivalentcircuitdiagramarecomposedofsemiconductorgrain(Rg,Cg)andinsulatinggrainboundary(Rgb,Cgb)、surfacelayer(Rs,Cs)1.6介電陶瓷材料CaCu3Ti4O12的制備方法為了探究?jī)?yōu)化CCTO制備方法，學(xué)者們嘗試了很多CCTO陶瓷的制備工藝。工藝的優(yōu)化一般先要確保原料粉末的物理，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，然后提高生產(chǎn)效率和成品率，再次要省時(shí)、省力，省原材料，最后做到不破壞環(huán)境。當(dāng)前對(duì)CCTO研究和制備，從文獻(xiàn)閱讀可了解到主要有以下幾種制備方法：（1）溶膠-凝膠法制備CCTO陶瓷[17,20]：這種方法是利用有機(jī)溶劑在磁力攪拌機(jī)攪拌下先得到CCTO的前體，得到的前體在烘箱中烘干形成干凝膠，將干凝膠研磨后得到的粉末放到蒸發(fā)皿中烘干。烘干的粉末進(jìn)行煅燒后，最后用粘合劑在一定的壓力下成型得到成品。此方法最關(guān)鍵的步驟是凝膠干燥的過(guò)程，要盡量凝膠有好的致密度，才能做出性能優(yōu)良的成品。溶膠-凝膠法制備CCTO優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)物混和物達(dá)到了分子水平，化學(xué)計(jì)量很精確，得到的粉體粒徑分布較均勻，更加容易混合成型，燒結(jié)的溫度低，合成一組陶瓷樣品花費(fèi)的時(shí)間更少。（2）機(jī)械合成法[24]：按照化學(xué)計(jì)量比稱取一定量的CaCO3、CuO、TiO2，Ca(OH)2混合物在空氣氛中用不同的方式進(jìn)行在球磨機(jī)中進(jìn)行研磨。研磨的時(shí)間要達(dá)到一定要求，即可制得一定量的CCTO粉末。該方法的缺點(diǎn)是研磨時(shí)間太長(zhǎng)，相對(duì)其它方法來(lái)說(shuō)效率低。優(yōu)點(diǎn)是所用原料價(jià)格便宜，工藝要求簡(jiǎn)單，試驗(yàn)流程周期短，同時(shí)通過(guò)改變壓力、反應(yīng)物等條件，可以制備不同微觀結(jié)構(gòu)的CCTO樣品。其反應(yīng)方程式如下：Ca(OH)2+3CuO+4TiO2→CaCu3Ti4Ol2+H2OCaCO3+3CuO+

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ti含量對(duì)CaCu3TixO12陶瓷介電性能的影響[J]. 熊利蓉,晁小練,井啟紅,楊祖培.  功能材料. 2010(05)
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