近些年來(lái),隨著陶瓷電容器在新能源汽車、大功率電力電子、地下資源勘探及航空航天產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用,要求其使用溫度范圍更高（≥300℃）,傳統(tǒng)的陶瓷電容器已經(jīng)不能滿足其使用要求。Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）基弛豫鐵電體的居里溫度較高（～540℃）,其在介電溫譜中表現(xiàn)出雙介電峰結(jié)構(gòu),通過(guò)調(diào)節(jié)其組分,希望在相對(duì)較寬的溫度范圍內(nèi)獲得良好的介電性能溫度穩(wěn)定性。此外,其還具有較高的極化強(qiáng)度（～40 μC/cm2）,通過(guò)組分調(diào)控可以獲得類似于反鐵電的雙電滯回線。因此,不管作為溫度穩(wěn)定型電容器還是儲(chǔ)能電容器,BNT基材料都是很有潛力的材料。本論文以BNT陶瓷為基體,通過(guò)組分調(diào)控,獲得在較寬的溫度區(qū)間內(nèi)介電常數(shù)具有良好的溫度穩(wěn)定性、介電損耗保持較低的電介質(zhì)材料,并探究組分對(duì)介電性能溫度穩(wěn)定性影響的原因。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:（1）采用固相反應(yīng)法制備了 Bi0.5Na0.5TiO3-100xBiAlO3陶瓷,研究了材料的相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。介電溫譜顯示隨著B(niǎo)iAlO3含量的增加,損耗越來(lái)越低,產(chǎn)生的缺陷偶極子（AlTi’-Vo"-AlTi’）抑制了氧空位,從而降低了介電損耗。在1 kHz和3... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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多層陶瓷電容器結(jié)構(gòu)、等效電路與實(shí)物照片

西安理工大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文61.2.1BNT基陶瓷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)BNT陶瓷屬于典型的無(wú)鉛電介質(zhì)陶瓷，該陶瓷的結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖1-2所示。由頂點(diǎn)處的六個(gè)氧離子相互連接，從而構(gòu)成的三維氧八面體結(jié)構(gòu)。其中Bi+和Na+各占一半，并共同處于A離子所處的位置，其分別占據(jù)在立方體的頂點(diǎn)處。Ti2+離子處于B離子原有的位置，其位于氧離子構(gòu)成的八面體中心位置。圖1-2鈦酸鉍鈉晶胞結(jié)構(gòu)示意圖Figure1-2SchematicdiagramoftheunitcellofsodiumbismuthtitanateBi0.5Na0.5TiO3無(wú)鉛壓電陶瓷其本身具有較強(qiáng)的鐵電性，1962年Buhrer[20]等人對(duì)該現(xiàn)象的產(chǎn)生原因進(jìn)行了解釋，這是由于BNT中的Bi3+具有特定的電子層結(jié)構(gòu)所造成的。研究表明，由于Bi3+離子在某種程度上類似于Pb2+離子的電子結(jié)構(gòu)并且也具有高極化率。因此采用Bi3+離子來(lái)代替Pb2+離子從而制備出BNT陶瓷。且Bi3+容易與O2-結(jié)合生成非對(duì)稱的共價(jià)鍵，從而增大了電子極化率且穩(wěn)定BNT陶瓷的鐵電性能。由于BNT在室溫下具有很強(qiáng)的鐵電性，所以被眾多學(xué)者認(rèn)為是一種很有前途的無(wú)鉛壓電陶瓷材料之一，查閱文獻(xiàn)，由相關(guān)的研究表明，在BNT的相變過(guò)程中存在三方-四方相共存[20,21]。在整個(gè)的相變過(guò)程中出現(xiàn)了反鐵電相，發(fā)現(xiàn)雙電滯回線的存在出現(xiàn)在彌散相變溫區(qū)內(nèi)，這就合理的解釋了低溫下BNT的介電反�，F(xiàn)象[22,23]。也有學(xué)者認(rèn)為BNT中不存在反鐵電相，其依據(jù)是在中子衍射的過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)超晶格結(jié)構(gòu)[24,25]，因此可以證明不存在反鐵電相。1.2.2BNT基材料的溫度相變研究鈦酸鉍鈉基材料是相變過(guò)程及其伴隨的現(xiàn)象比較復(fù)雜，圖1-3為鈦酸鉍鈉基材料的相變示意圖[26]：1980年，J.A.Zvirgzds等[27]人通過(guò)使用X射線衍射的方法研究了BNT單晶結(jié)構(gòu)的相變過(guò)程，結(jié)果表明，在293-920K的溫度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)結(jié)構(gòu)相變，在

1前言7度附近的偽鈣鈦礦細(xì)胞的對(duì)稱性發(fā)生變化導(dǎo)致BNT陶瓷中四方相和三方相的比例各占1/2。當(dāng)溫度下降至280℃時(shí)，BNT中四方相的體積分?jǐn)?shù)下降至20%。當(dāng)溫度為260℃以下時(shí)，樣品完全呈現(xiàn)為純?nèi)较嘟Y(jié)構(gòu)。圖1-3鈦酸鉍鈉的相變過(guò)程Figure1-3Phasetransitionofsodiumbismuthtitanate2005年，V.A.Isupov[30]等人通過(guò)對(duì)BNT單晶的介電溫譜等其他性能進(jìn)行測(cè)試并進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果顯示當(dāng)200℃時(shí)，鈦酸鉍鈉中會(huì)出現(xiàn)鐵電到反鐵電的相變，在320℃時(shí)，陶瓷基體中出現(xiàn)了反鐵電-鐵彈相變，當(dāng)溫度達(dá)到540℃時(shí)，其基體相出現(xiàn)鐵彈相變向順電相變轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。且通過(guò)對(duì)其介電溫譜進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在200-320℃時(shí)，BNT單晶的介電常數(shù)出現(xiàn)反�，F(xiàn)象趙明磊[31]等人分析研究了BNT，BNT-BaTiO3和BNT-SrTiO3等陶瓷的介電性能。從溫譜結(jié)果中觀測(cè)到存在兩個(gè)介電異常峰和一個(gè)損耗異常峰，電滯回線也并不是雙電滯回線。由此可以判定出BNT系材料中沒(méi)有高溫反鐵電相的存在，其高、低溫介電反常是由極性納米微區(qū)的存在而引起的。1.2.3BNT基陶瓷電容器的研究現(xiàn)狀BNT陶瓷的優(yōu)點(diǎn)在于：它除了具有大的剩余極化強(qiáng)度Pr，還有高的居里溫度，高的壓電性能，以及較高的介電常數(shù)等，但它還存在一些缺點(diǎn)：BNT在室溫下有極大的矯頑場(chǎng)（Ec=73kv/cm），導(dǎo)致其很難被極化；最重要的是在燒結(jié)過(guò)程中，需要較高的燒結(jié)溫度（﹥1200℃），才能得到較高的致密度，而且在燒結(jié)中Bi3+和Na+極其容易揮發(fā)，產(chǎn)生大的漏電流造成陶瓷極化困難。針對(duì)其存在的問(wèn)題，主要通過(guò)以下兩種途徑進(jìn)行改善：（1）在材料中引入施主/受主缺陷，通過(guò)優(yōu)化施主/受主摻雜缺陷的濃度，其可以與陶瓷中電子、空穴等導(dǎo)電載流子結(jié)合形成缺陷偶極子，降低電導(dǎo)率，最終使材料在高溫的介電損耗減校（2）通過(guò)摻雜第二或多元的優(yōu)化相來(lái)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦酸鉍鈉系陶瓷的介電熱滯現(xiàn)象[J]. 趙明磊,王春雷,鐘維烈,張沛霖.  壓電與聲光. 2001(03)

碩士論文
[1]高溫穩(wěn)定型MLCC新介質(zhì)材料的研究[D]. 趙春杰.電子科技大學(xué) 2011
[2]中溫?zé)Y(jié)熱穩(wěn)定X9R鈦酸鋇陶瓷的研究[D]. 王小勇.天津大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3381798