鈦酸鍶鋇微晶玻璃的鈰摻雜效應(yīng)研究

趙張媛，梁雪薇，張 勇

(清華大學(xué)，核能與新能源技術(shù)研究院精細(xì)陶瓷北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

0 引 言

近年來，鐵電微晶玻璃電介質(zhì)因同時(shí)具有鐵電相的高介電常數(shù)和玻璃相的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)而得到廣泛研究[1-4]。利用鐵電微晶玻璃組分的可調(diào)性、析晶過程的可控性和析出晶粒的分布均勻性等特點(diǎn)，可獲得特殊的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)特性，且其性能可在很大范圍內(nèi)調(diào)整。鈦酸鍶鋇((Ba,Sr)TiO3，BST)微晶玻璃是其中的熱點(diǎn)材料之一[2-3,5]，具有高的介電常數(shù)和低的介電損耗，有望作為儲(chǔ)能電容器廣泛應(yīng)用于脈沖功率元件、大功率微波器件和分布式電源系統(tǒng)等[6-7]，滿足高效儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)器件小型化、輕量化和集成化要求。

對(duì)于ABO3類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電體，可以通過控制摻雜劑種類以及晶格A位或B位的摻雜來調(diào)整材料的介電性能[8-9]。迄今為止，已有眾多文章報(bào)道了稀土離子摻雜的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。許多稀土元素可作為施主摻雜劑進(jìn)入A位，包括La[10-11]、Nd[12]和Sm[13]等。較小的稀土元素(例如Yb)傾向占據(jù)B位[14-15]。Ce元素因有Ce3+和Ce4+兩個(gè)價(jià)態(tài)，可占據(jù)A、B兩個(gè)位點(diǎn)[16-18]，進(jìn)而對(duì)材料的性能產(chǎn)生不同影響。

在之前的工作中，本實(shí)驗(yàn)室制備了主晶相為BST的微晶玻璃，研究了Ce含量對(duì)其介電性能和微觀缺陷機(jī)理的影響[19]。在此基礎(chǔ)上，本文使用XPS、紫外-可見光譜、紅外光譜和拉曼光譜等方法進(jìn)一步研究微晶玻璃樣品，深入分析Ce摻雜樣品的微觀結(jié)構(gòu)與電學(xué)性質(zhì)變化的機(jī)理。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 制 備

玻璃配方的組成是mBaO-nSrO-29TiO2-12Al2O3-11SiO2-xCeO2(x=0%、1%、2%、3%，m=4n，m+n+x=37%，%為摩爾分?jǐn)?shù)，下同)。原料為BaCO3、SrCO3、TiO2、Al2O3、SiO2和CeO2(均為分析純)。……