寬的頻率和溫度范圍內,具有高介電常數(shù)和低介電損耗的材料能夠應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）作為一種常見的高介電常數(shù)材料,其在100⁶00 K的溫度范圍內,介電常數(shù)可達105。在過去的幾十年里,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摻雜。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... 

【文章來源】：深圳大學廣東省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

CCTO空間結構示意圖

鐵、鉿摻雜CaCu3Ti4O12陶瓷材料的制備及性能研究電性能的機制是晶粒的半導體性和晶體邊緣的絕緣性。晶粒的半導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部障礙層效應。在“IBLC”模型中，CCTO陶瓷的介電特性可以用一個由兩個并聯(lián)的RC單元串聯(lián)等效電路(圖2)來代表。兩個平行的RC單位分別代表半導體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）。在這個模型中，Rg，Rgb，Cg和Cgb是頻率無關的模型參數(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，這個內部電容障礙層的模型可以通過Maxwell-Wagner公式運算得出有效介電常數(shù)。當Rgb<<Rg，Cg<<Cgb時，有效介電常數(shù)ε′=εgb(tgb+tg)/tgb。當tgb<<tg時，ε′=εgb(tg/tgb)。圖2由半導體晶粒（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介電效應的機制除了第一種介紹的內部阻擋層電容（IBLC）模型，還可以通過雙阻擋層電容（DBLC）來解釋[16]。雙阻擋層電容（DBLC）模型可以用一個由三個并聯(lián)的RC單元串聯(lián)等效電路（圖3）來代表。三個平行的RC單位分別代表半導體晶粒（Rg，Cg）和絕緣晶界（Rgb，Cgb）和表面層（Rs，Cs）。在這個模型中，Rg和Cg、Rgb和Cgb、Rs和Cs是頻率無關的模型參數(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。通過對CCTO復阻抗（Zˊ）圖譜的分析可知：ˊ=1Rg1+Cg1+1Rs1+Cs1+1Rgb1+Cgb1再通過繪制復阻抗圖譜，在Rg，Rs，Rgb不同設定關系下可以求出各電阻值。對電阻值的分析還可對CCTO不同溫度下弛豫時間和弛豫行為進行研究。如在高頻率下的弛豫時間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優(yōu)化CCTO制備方法，學者們嘗試了很多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，化學性質比較穩(wěn)定，然后提高生產效率和成品率，再次要省時、省力，省原材料，最后做到不破壞環(huán)境。當前對CCTO研究和制備，從文獻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溶劑在磁力攪拌機攪拌下先得到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。此方法最關鍵的步驟是凝膠干燥的過程，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：反應物混和物達到了分子水平，化學計量很精確，得到的粉體粒徑分布較均勻，更加容易混合成型，燒結的溫度低，合成一組陶瓷樣品花費的時間更少。（2）機械合成法[24]：按照化學計量比稱取一定量的CaCO3、CuO、TiO2，Ca(OH)2混合物在空氣氛中用不同的方式進行在球磨機中進行研磨。研磨的時間要達到一定要求，即可制得一定量的CCTO粉末。該方法的缺點是研磨時間太長，相對其它方法來說效率低。優(yōu)點是所用原料價格便宜，工藝要求簡單，試驗流程周期短，同時通過改變壓力、反應物等條件，可以制備不同微觀結構的CCTO樣品。其反應方程式如下：Ca(OH)2+3CuO+4TiO2→CaCu3Ti4Ol2+H2OCaCO3+3CuO+

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]電子陶瓷材料介電功能應用研究現(xiàn)狀與前瞻[J]. 葉超群,徐政,嚴彪.  江蘇陶瓷. 2004(02)
[5]Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3系統(tǒng)準同型相界附近的介電、熱釋電和壓電性能[J]. 李振榮,張良瑩,姚熹.  硅酸鹽學報. 2000(03)



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