一元、二元离子掺杂钛酸钡的水热（溶剂热）法制备及其性能研究
钛酸钡(BaTiO3)电子材料是目前最具研究活力和应用最为广泛的先进材料之一。自从BaTiO3被发现以来，其已在现代电子材料工业发挥重要作用。随着近年电子器件的高性能化和微型化方向的发展，高介电常数、低损耗，具有介温稳定性、高温稳定性、纳米级晶粒的介电材料愈加受到关注，偏重此方向的研究也越来越多。在此背景下，本文从一元、二元元素掺杂改善BaTiO3粉末及陶瓷材料的性能入手，以提高介频和介温的稳定性、提高介电常数、降低介电损耗为目标，对BaTiO3材料的制备及其性能进行了研究。 一、获得高活性高纯度粉体是进一步研究对BaTiO3掺杂的基础。BaTiO3掺杂的方法虽然种类较多，采用价格低廉的Ba、Ti化合物作为反应前躯体，仍然是经济有效的合成途径。本文采用水热法(溶剂热)研究了不同Ti化合物为钛源对BaTiO3合成的影响，进一步筛选合理的合成条件。实验证明：以BaCl2、钛酸四丁酯、NaOH作为合成原料在较低温度条件下即可获得纯度高、单分散性好、粒径范围窄、粒径在纳米级并且粒径可调的的粉体。 二、采用水热法制备了Nd3+掺杂的BaTiO3，研究了不同掺杂量的Nd3+对BaTiO3粉末和陶瓷介电性能的影响。发现在室温下Nd3+含量较低时，BaTiO3具有较高的介电常数和较低的介电损耗，其介频和介温稳定性有很大提高。随着Nd3+浓度的提高，介电常数和介电损耗迅速降低。同时随着Nd3+浓度的进一步升高，在高温烧结阶段伴随杂相BaTi2O5的出现。通过对不同Ba/Ti比条件下制备的Nd3+掺杂的钛酸钡的晶格参数进行分析，认为Nd3+在BaTiO3中是一种A位掺杂剂。 三、考虑钛酸锶钡(BST)具有较高的介电常数和较低的相变温度，钛酸锆钡(BZT)则能有效降低居里温度。为有效降低BST陶瓷的相变温度同时改善BZT的介电性能，采用水热(溶剂热法法)制备了Sr2+、Zr4+共掺杂的纳米级BaTiO3颗粒，探讨了不同掺杂量对BaTiO3结构与性能的影响。实验发现Zr4+掺杂的BST(BSZT)，能有效地抑制BaTiO3晶粒的生长，显著降低居里点温度。随着Zr掺杂量的增加，弥散相范围增加，对BST的居里峰有较好的展宽效应，提高了BSZT的介温稳定性。同时分析了Sr2+、Zr4+共掺杂BaTiO3的溶液反应机制。 四、本文分析了Ca2+掺杂对BZT陶瓷结构和性能的影响。结果表明Ca2+掺杂后的锆钛酸钡(BCZT)陶瓷颗粒的形状由片状逐渐转变为立方体结构。同时随Ca2+掺杂量的增加，BCZT陶瓷的弥散相变增强，介温稳定性提高。
离子掺杂;钛酸钡电子材料;水热法;介温稳定性
中国海洋大学
博士
海洋化学工程与技术
曹立新
2013
中文
TM277.4
117
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）