稀土掺杂钛酸钡的溶胶—水热合成及其介电性能

发布时间：2017-08-22 19:32

  本文关键词：稀土掺杂钛酸钡的溶胶—水热合成及其介电性能

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【摘要】：随着陶瓷电容器向着微型化、大容量方向发展的需求,寻求具有高性能的介电材料迫在眉睫。论文采用溶胶-水热法合成了稀土离子(Dy~(3+),Nd~(3+),Y~(3+))掺杂钛酸钡(Ba Ti O3,BT)纳米粉体,粉体呈单分散均匀分布的球状颗粒。通过传统无压烧结技术烧结制备了稀土掺杂钛酸钡陶瓷,研究了陶瓷的介电性能,发现稀土离子的引入有利于细化陶瓷晶粒。基于钛酸钡晶格体积和相组成的变化,初步推断出了Dy~(3+)在钛酸钡中的占位机制。当Dy~(3+)掺杂量为4 mol%时,陶瓷样品中Ba-位和Ti-位被Dy~(3+)同时取代,形成了一种自补偿机制。同时,由于化学组分不均匀引起的弥散相变行为,使其具有较好的介电温度稳定性。通过X-射线光电子能谱、电子顺磁共振、光致发光等对钛酸钡键结合、元素化学状态以及晶体结构的有序-无序结构分析,证实了Nd~(3+)倾向于进入钛酸钡中的Ba-位,诱导钡空位和氧空位以补偿价态平衡的化学缺陷机制。变温X-射线衍射分析,证实了钛酸钡中典型正交-四方相变的存在,而在Nd~(3+)掺杂量为0.5 mol%陶瓷样品中,非典型相变(未知相-四方相)的存在导致陶瓷在室温附近具有超高介电常数(~750000)。最后对比了稀土Y以及Nd/Y共掺对钛酸钡的影响,研究表明单独掺杂和共掺条件下,Y~(3+)均主要进入钛酸钡晶格中的Ti-位。Y~(3+)单独掺杂对BT陶瓷居里峰移动没有影响,共掺条件下,Nd~(3+)对居里温度的降低作贡献,Y~(3+)对介电峰的宽化作贡献,两种稀土离子共同作用,使得钛酸钡陶瓷在室温附近具有较宽的介电峰。
【关键词】：稀土掺杂 钛酸钡 溶胶-水热 缺陷机制 介电性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;TB383.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 多层陶瓷电容器的概述11-14
• 1.1.1 陶瓷电容器的结构和分类11-13
• 1.1.2 多层陶瓷电容器的发展现状13-14
• 1.2 钛酸钡的结构和性质14-18
• 1.2.1 钛酸钡的结构14-15
• 1.2.2 钛酸钡的性质15-18
• 1.3 钛酸钡粉体的制备方法研究18-22
• 1.3.1 固相法18
• 1.3.2 溶胶-凝胶法18-19
• 1.3.3 水热法19-21
• 1.3.4 溶胶-水热法21-22
• 1.4 掺杂对钛酸钡介电性能的影响22-25
• 1.4.1 掺杂改性的研究现状22-23
• 1.4.2 稀土掺杂改性机理23-25
• 1.5 课题研究内容及意义25-27
• 1.5.1 研究目标25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 1.5.3 拟解决的关键科学问题26-27
• 第二章 水热合成Dy掺杂钛酸钡粉体及其介电性能研究27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 实验27-30
• 2.2.1 实验原料及设备27-28
• 2.2.2 表征手段28-29
• 2.2.3 Dy掺杂BT粉体及陶瓷的制备29-30
• 2.3 结果与讨论30-35
• 2.3.1 Dy掺杂对BT粉体相结构和微观形貌的影响30-31
• 2.3.2 Dy掺杂对BT陶瓷相结构和微观形貌的影响31-33
• 2.3.3 Dy掺杂对BT陶瓷介电性能的影响33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 水热合成Nd掺杂钛酸钡粉体及其介电性能研究36-57
• 3.1 引言36
• 3.2 实验36-37
• 3.3 结果与讨论37-55
• 3.3.1 化学成分和相结构分析37-39
• 3.3.2 微观形貌和晶体结构分析39-42
• 3.3.3 化学缺陷分析42-47
• 3.3.4 Nd掺杂对BT陶瓷介电性能的影响47-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 水热合成Y及Nd/Y共掺钛酸钡粉体及其介电性能研究57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 实验57-58
• 4.3 结果与讨论58-67
• 4.3.1 Y掺杂对BT粉体影响58-59
• 4.3.2 Y掺杂对BT陶瓷的影响59-63
• 4.3.3 Nd/Y共掺对BT的影响63-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-81
• 致谢81-82
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：721024