共掺杂二氧化钛基高介电陶瓷的物性研究

发布时间：2018-10-08 16:38

【摘要】：高介电材料广泛应用于电容器、存储器、滤波器、谐振器等电子元器件中,是电子元器件高性能化和尺寸小型化的重要基础。通常在一种介电材料中同时实现介电常数高、介电损耗低、温度稳定性好和耐击穿电场强度高的优异性能指标是一项充满挑战的任务,因而对高介电材料的探索长期以来一直是国内外新材料领域的热点。近年澳大利亚国立大学课题组报道了(Nb,In)共掺杂TiO2陶瓷材料优异的高介电性质,介电常数可以达到104量级,而介电损耗低于5%,温度稳定性较好,即介电常数在80 K至450 K的温度范围内变化较小。该课题组还提出高介电性起源于电子钉扎缺陷偶极子效应。在随后的跟踪研究中,西安交通大学的课题组也制备了(Nb,In)共掺杂TiO2陶瓷材料,并且指出此类材料的高介电性应该是源于材料的内阻挡层电容效应,而非所谓的电子钉扎缺陷偶极子效应。作者所在课题组对(Nb,In)共掺杂TiO2陶瓷材料的高介电性的起源展开了一些研究,并成功地制备出了综合性能比较优异的陶瓷材料。在上述研究背景下,作者利用改良的固相反应法制备了若干系列的共掺杂TiO2陶瓷样品,探讨了烧结条件、退火处理和共掺杂组合对高介电性质的影响。一、制备了 一系列不同烧结温度的组分为(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷样品,系统地考察了微观结构和介电常数、介电损耗、耐击穿电场强度等性质。退火处理后的陶瓷样品的介电常数呈现大幅下降,晶界电阻增大,绝缘性得以提高,介电损耗大幅度降低。陶瓷样品的介电常数随烧结温度的变化较为明显;当烧结温度较低时,陶瓷样品的介电常数较小,介电损耗较大。当烧结温度条件为1400℃、退火温度为800℃时,陶瓷样品的介电常数可以达到11000左右,介电损耗可以保持在5%以下;而当烧结温度升高至1450℃时,介电常数会有所下降,介电损耗也会有所增加。退火处理后的陶瓷样品耐击穿电场强度也达到了较高的水平。介电温谱的测试结果显示,陶瓷样品的高介电性随温度的变化较小。由此可见,烧结温度和退火温度对样品的介电性能有重要的影响。二、制备了组分为(Sb0.5In0.5)xTi1-xO2 和(Ta0.5In0.5)xTi1-xO2 的陶瓷样品(式中x=0.01、0.03、0.05、0.10),研究了五价元素掺杂对共掺杂TiO2陶瓷的高介电性质的影响。通过对退火处理后的陶瓷样品的介电频谱的测试发现,当掺杂量较低、在退火温度为780℃时,这两种陶瓷样品都展现出优异的高介电性,即介电常数都可以保持在104量级,介电损耗也能控制在5%以下。对复阻抗谱的测试表明,退火处理可使陶瓷样品的晶界电阻大幅提高,绝缘性得到了很大的改善。对Ⅰ-Ⅴ曲线的测试发现,当掺杂量较低时,掺杂这两种五价元素的共掺杂陶瓷样品的耐击穿电场强度可以达到(Nb,In)共掺杂TiO2介电陶瓷的水平。可以判断,分别实施了(Sb,In)、(Ta,In)共掺杂的TiO2陶瓷样品也是综合性能比较良好的高介电材料。三、制备了组分为(A0.5Nb0.5)0.01Ti0.99O2的陶瓷样品(式中A代表Sm、Gd、Nd、Dy元素),研究了三价元素对共掺杂TiO2陶瓷的高介电性质的影响。通过与未经退火处理的陶瓷样品的比较发现,退火处理后陶瓷样品的介电常数下降较多,介电损耗也有所下降。但是,退火处理后陶瓷样品的介电损耗仍然较高,即使退火温度升高至较高值时,介电损耗仍然在20%左右。通过对陶瓷样品的复阻抗谱的测试发现,退火后陶瓷样品的晶界电阻有所提高,但仍然比退火处理后的(Sb,In)共掺杂TiO2陶瓷样品和(Ta,In)共掺杂的TiO2陶瓷样品的晶界电阻小。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ174.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 石建稳;陈少华;王淑梅;罗红元;;纳米二氧化钛光催化剂共掺杂的协同效应[J];化工进展;2009年02期

2 李晓俊;司德君;方均;姜志全;黄伟新;;铁和铈共掺杂二氧化钛中的协同效应(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Physics;2006年06期

3 李玲;张文明;孙建红;赖伟东;李晓苇;;钒氮共掺杂纳米二氧化钛光触媒乳液的制备及性能研究[J];信息记录材料;2013年01期

4 孟波;王晓晶;李雪;刘云义;;低温溶胶法制备钨、氮共掺杂二氧化钛光催化剂的研究[J];钢铁钒钛;2013年05期

5 魏凤玉;曾华灵;师彬;崔鹏;彭书传;;硫与铁共掺杂对二氧化钛光催化性能的影响[J];硅酸盐学报;2008年09期

6 雷泽;杜孟衣;韩敏芳;;凝胶固相反应法制备钪、铈共掺杂氧化锆粉体[J];硅酸盐学报;2013年09期

7 赵江平;杨小妮;王建军;;共掺杂Cu-Ce/TiO_2光催化性能研究[J];材料导报;2012年04期

8 房丽婷;曾和平;雷亚玲;吕梅香;;稀土钇-铝共掺杂氧化锌透明薄膜的光学性能研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2014年02期

9 彭益文;曾和平;余力;;纳米铈-铝共掺杂氧化锌透明薄膜的光学性能研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2012年04期

10 王虹;王鹏;;铁、铈共掺杂纳米TiO_2溶胶的制备及抗菌性能(英文)[J];无机化学学报;2009年11期

相关会议论文 前10条

1 吴娟;侯健;张敏;杨建军;;水热法制备钼氮共掺杂二氧化钛纳米管阵列薄膜及其性能研究[A];第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议学术论文集[C];2012年

2 李荣斌;;硼-氮原子共掺杂金刚石研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年

3 沈少华;延卫;郭烈锦;;碳氮共掺杂二氧化钛的合成与制氢性能研究[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年

4 王艺聪;林月绪;林深;;氮硫共掺杂锡酸锌的制备及其可见光催化性能[A];中国化学会第27届学术年会第11分会场摘要集[C];2010年

5 司伟;翟玉春;丁超;;激活离子共掺杂纳米晶Y_2O_3:Eu~(3+)的荧光性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

6 张玲;李玲;牟宗刚;;B、C、N共掺杂对TiO_2微结构及催化性能的影响研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

7 高X;傅敏;汤敏;;铁氮共掺杂纳米TiO_2的结构及光催化性活性[A];重庆市化学化工学会2009学术年会论文集[C];2009年

8 周亮;冯婧;邓瑞平;李晓娜;李希艳;张洪杰;;载流子平衡的改善和复合区间的加宽延缓了铕配合物共掺杂电致发光器件的效率衰减[A];第七届全国稀土发光材料学术研讨会会议论文摘要集[C];2011年

9 冯宁东;郑安民;王强;徐君;喻志武;邓风;;硼氮共掺杂TiO_2中硼结构的固体核磁共振研究[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年

10 王艺聪;林深;;氮、硫共掺杂锡酸锶的制备及其可见光催化性能[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年

相关博士学位论文 前9条

1 王辉;钇共掺杂的掺铒氧化铝光致发光增强机制研究[D];大连理工大学;2008年

2 徐凌;金属非金属共掺杂TiO_2的理论与实验研究[D];华中科技大学;2010年

3 申赫;稳定的锂氮共掺杂p型氧化锌及其光电器件研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

4 孙现科;共掺杂SiC基稀磁半导体的局域结构、磁和电输运性能[D];天津大学;2014年

5 刘一鸣;多层复合与共掺杂TiO_2薄膜的制备、结构及性能研究[D];太原理工大学;2014年

6 王啸;稀土共掺杂氧化物的光致发光的研究[D];复旦大学;2011年

7 陈琦丽;N/F掺杂及N-F共掺杂TiO_2(101)表面特性的第一性原理研究[D];华中科技大学;2009年

8 王加军;半导体光催化材料中掺杂和耦合机理的第一性原理研究[D];中国科学技术大学;2014年

9 袁国栋;Al-N共掺杂实现p型ZnO的机理及其相关器件基础研究[D];浙江大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 张正健;共掺杂CuCrO_2基P型稀磁半导体的制备及物性研究[D];上海师范大学;2015年

2 杨振荣;磷以及磷和铁/钴共掺杂碳材料作为氧气还原电催化剂的研究[D];苏州大学;2015年

3 徐攀攀;杂原子共掺杂碳点的制备及其在金属离子检测中的应用[D];河南师范大学;2015年

4 付昊鑫;Mo/N共掺杂纳米TiO_2的电子结构与光催化活性研究[D];河南大学;2015年

5 王家恒;N与过渡金属Ag、V共掺杂TiO_2光学性能的实验与理论研究[D];太原科技大学;2015年

6 吴孔强;硅氟共掺杂二氧化钛基复合材料的制备及其光催化性能研究[D];江苏大学;2016年

7 王槟强;银氮共掺杂二氧化钛的制备及其抗菌性能研究[D];福州大学;2014年

8 张俊川;氮硫共掺杂碳微球的溶剂热法制备及电化学性能研究[D];燕山大学;2016年

9 高炜;铽、镝A位共掺杂铁酸铋纳米薄膜多铁特性的研究[D];内蒙古大学;2016年

10 吴刚;双阴离子共掺杂铌酸钠光催化活性的第一性原理研究[D];西南大学;2016年

，

本文编号：2257490