Nb 摻雜對 BaTi0.98Fe0.02O3 陶瓷介電性能的影響

李常昊,丁士華,張曉云,宋天秀,黃 龍

(西華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,四川 成都 610039)

鈦酸鋇基陶瓷作為一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)無鉛鐵電材料,具有較高的介電常數(shù),優(yōu)良的鐵電、壓電、耐壓、絕緣等性能,被廣泛地應(yīng)用于多層陶瓷電容器、鐵電存儲器等電子工業(yè)領(lǐng)域[1-3]。純鈦酸鋇居里溫度偏高,室溫介電常數(shù)較低,通常對其摻雜以獲得溫度穩(wěn)定性及介電性能更加優(yōu)良的介質(zhì)陶瓷。常見的施主摻雜劑有La2O3、Nb2O5等,常見的受主摻雜劑有Co2O3、Al2O3等。Nb2O5因移峰效應(yīng)較強(qiáng)而一直是研究熱點(diǎn),張?jiān)葡嫉萚4]研究表明摻雜2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Nb2O5的試樣滿足X8R特性,室溫相對介電常數(shù)為1395;Helen等[5]研究了Nb2O5摻雜鈦酸鋇中的缺陷補(bǔ)償,通過重力分析方法表明在還原氣氛燒結(jié)下為電子補(bǔ)償,在氧化氣氛燒結(jié)下為鈦空位補(bǔ)償;Li等[6]研究表明Co2O3和Nb2O5施受主共摻雜,形成殼芯結(jié)構(gòu)能展寬居里峰并降低燒結(jié)溫度。過渡金屬元素?fù)诫s鈦酸鋇普遍替代Ti位,并以氧空位缺陷補(bǔ)償,能夠有效抑制晶粒生長[7];其中Fe2O3摻雜鈦酸鋇陶瓷的介電性能研究較少,最近Rani等[8]研究了BaTi1-xFexO3系陶瓷的結(jié)構(gòu)及電學(xué)、磁學(xué)等性能,結(jié)果表明室溫下樣品由四方相和六方相混合組成,摻雜量為2.5%的樣品在室溫1 kHz頻率下的相對介電常數(shù)是561,介電損耗tanδ為0.3。摻雜Fe2O3的鈦酸鋇陶瓷介電損耗和介電常數(shù)較低,本文選用 BaTi0.98Fe0.02O3為基體,以Nb2O5為摻雜劑改善陶瓷的介電性能和容溫特性,并借助GULP軟件[9]模擬晶格內(nèi)部的缺陷能來探究施主、受主摻雜劑所引起的缺陷對BaTiO3陶瓷介電性能的影響。……