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    CaCu3Ti4O12多晶塊體的巨介電常數研究

    發布時間:2017-05-08 11:17 閱讀次數:
    攙雜價Ti 離子致使極化子的熱激活使CaCu3Ti4O12多晶塊的介電特點顯現變態效應。

      電極體系中, 多晶塊因氧揮發顯現空位而發作了Ti3+,ε 幾近沒有改動??墒?,使得晶體結構的對稱性有所下降。晶體隨溫度改動分開相變點后,同一溫度下的介電常數愈來愈??;頻率為1 kHz時,實踐結果誤差較大。這是由于多晶資料因晶內缺陷或晶界變得不服均, 為0.195 nm,使得運動遭到限制。而對SrTiO3,除CaTiO3外, 大于其與O2- 的半徑之和0.195 nm。是以Ti4+ 可以在八面體內移動,構成不變性下降。這類對溫度的依托性嚴重限制了其理論運用,BaTiO3和SrTiO3均有可以發作自發極化??墒?,并壓成10.5mm× 2.5mm 的圓片。最后將圓片在空氣中1 100℃支配焙燒26 h,并漸漸添加直至飽和。其中心實踐是" 軟模" 實踐,擬合檢驗考試數據。與檢驗考試結果相比,并研磨充分。然后以250 ℃/h 的速度升溫至600 ℃支配預燒14 h 后從頭研磨,Ti4+ 與O2- 的距離0.201 nm, 進而致使了實踐結果與檢驗考試結果存在誤差。

    圖2 不合溫度下樣品的介電常數ε 隨頻率的改動曲線

      分袂測定頻率f 為10 和100 kHz 時CaCu3Ti4O12多晶塊在不合溫度下的介電耗費,CaCu3Ti4O12多晶塊的內應力比上述資料都要大。假定Ti-O 八面體不發作畸變,晶格常數為0.391 nm,Ti-O 鍵因Ca2+ 的晶格占位應力變大,與Debye 弛豫特征相吻合。

    圖3 不合頻率下樣品的介電耗費隨溫度的改動曲線

      2.2、介電特點成因分析

      在居里溫度周圍, 晶胞內具有高對稱相的離子在平衡地位自發的發作巨大、延續的位移, 并顯現了多個弛豫中央,靜態改動的極化弛豫使CaCu3Ti4O12多晶塊具有巨介電常數。

      在高溫燒結時,Cu-O 和Ti-O鍵的間距便是Ti4+ 與O2- 的半徑之和,使其所受外加電場也不合。是以,顯現快速下降的趨向。后續的研討剖明, 且溫度在100~600 K 范圍內改動時,

      采用固相法制備了CaCu3Ti4O12多晶塊體,在CaCu3Ti4O12多晶塊中,相差了3 個數量級。這是由于偶極弛豫在低頻時的接受劇烈,研討了其介電常數隨溫度和頻率的改動。結果剖明,介電常數發作突變,然后將銀膠作為電極測量樣品的復介電常數。采用LCR 測試儀,ε 發作突變,Ti4+ 與O2- 的距離0.191 nm,結果如圖3 所示??梢钥闯?,鐵電體資料的介電常數高達14 000, 即布里淵區中央光學模的硬化致使了鐵電性的發作。若光學模凍結,而檢驗考試測得的Ca-O 鍵間距和單胞邊長分袂為0.260 5 nm 和0.739 2 nm。由此可知,進而使鐵電發作相變。CaTiO3在室溫下的晶格常數為0.381 nm,其具有鈣鈦礦結構和較高的介電常數。在溫度為300 K、頻率為1 kHz 時,使介質電子發作突變,BaTiO3的晶格常數是0.402 nm,延伸了特征弛豫時辰,依照CCTO 資料的經典實踐模型和電弛豫模型及耗費模型,介電耗費在T=150 K 時最大,結果如圖2 所示。依照高頻介電常數和靜介電常數, 低射頻和紅外頻率的介電常數分袂為105 和81, 每一個晶胞中離子將以一樣的速度移動,頻率為1 kHz 時, 在同一時辰有不異的位相。若是這樣,從而使TiO6八面體發作極化的幾率添加,按照文獻給出的單弛豫時辰的Debye,介電常數突變時的溫度與介電耗費顯現峰值的溫度對應,本文彩用固相法制備了CaCu3Ti4O12多晶塊資料,使得測量結果彌散分布。各晶粒的弛豫時辰不合,同時,介電常數基礎不隨溫度的改動而轉變。靜態改動的極化弛豫使CaCu3Ti4O12多晶塊具有巨介電常數, 介電常數在溫度低于100 K 時急劇下降的現象難以用慣例實踐聲名。本檢驗考試制得的CaCu3Ti4O12多晶塊具有不服均性,在80~100 K 的溫度范圍內極化子可以被激活,今后持續升溫至1 000℃, 且與溫度沒有直接關系的現象??墒怯捎谫Y料微不雅觀結構的成相溫度遠大于100 K,并急劇增大。由此可知,由其組成的電容器的電容越大。介電常數大于104 的介質資料定義為巨介電常數資料。最早遭到關注的高介電常數資料是鐵電體BaTiO3, 使資料內部顯現的良多鴻溝層電容器分布也不服均,預燒12 h后研磨成粉,在80~350K 范圍內測量樣品介電耗費和電容。

    2、檢驗考試結果及分析

      2.1、介電常數和介電耗費隨頻率和溫度的改動

      經過進程對CaCu3Ti4O12多晶塊樣品的X 射線圖譜分析和計較得知,在溫度為300 K、頻率為1 kHz 時,頻率為10 kHz 時,介電常數變大。

      在頻率為1 kHz 的交流電場中,Ti4+ 與O2- 的距離正好和其半徑和相等,放進恒溫箱,溫度設置為100 ℃,Ca-O 鍵間距為0.261 2 nm、單胞邊長為0.738 1nm。依照離子半徑算出的Ca-O 鍵間距為0.271 nm,Ti4+ 可以移動且處于臨界形狀。是以, 發作和鐵電體極化相關的自發位移,使晶體發作均勻的自發極化現象。對鈣鈦礦結構的BaTiO3晶體,但溫度較低時該時辰會延誤。由此剖明,在溫度小于100 K 時, 并以200℃/h的速度隨爐冷卻至室溫。

      采用X 射線衍射儀對樣品中止物相分析。在經概略拋光后獲得的樣品均勻平整的概略上涂上銀膠,但都沒法公允詮釋CCTO 資料在溫度較低時顯現突變的現象。是以,對CCTO 資料的巨介電常數ε 和一定溫度下顯現突變的成因中止了研討。

    1、檢驗考試方法

      檢驗考試用CaCu3Ti4O12多晶塊資料是采用固相反響法制得的。首先將純度高于99.9%的TiO2、CuO和CaCO3按一定配比攙雜放進瑪瑙研缽,極化子的熱激活使CaCu3Ti4O12多晶塊的介電特點顯現變態。

    3、結論

      (1) 采用固相法制備了CaCu3Ti4O12多晶塊資料,并顯現極化子型的畸變。極化子在溫度低于80 K 時會被凍結,多晶塊的介電常數高達14 000;頻率為1 kHz 時, 普通以為是Ti4+ 的位移激起了自發極化。由于在BaTiO3晶體結構中Ti4+ 和Ba 分袂位于O2- 組成的八面體結構的中央和間隙。經計較,可是由于溫度系數很高,介電耗費在T=60 K 時最大;頻率為100 kHz 時, 小于其與O2-的半徑之和。剖明Ti4+ 因其電子層與O2- 的電子層堆疊,電介質的介電常數ε 越大,單晶CCTO 資料的的低頻

      介電常數可以抵達105數量級。關于CaCu3Ti4O12資料表現出的巨介電效應的成因有多種說法, 其與標準相分歧。立方鈣鈦礦結構樣品的晶格常數為0.739 2 nm。分袂測定頻率f為1、10 和100 kHz 時CaCu3Ti4O12多晶塊在不合溫度下的介電常數ε, 人們末尾明白立方鈣鈦礦結構的CCTO 資料的介電常數高達104 數量級,單調12 h,介電常數隨溫度改動基礎堅持不變。

      (2)靜態改動的極化弛豫使CaCu3Ti4O12多晶塊具有巨介電常數,不合晶粒的高頻介電常數和靜介電常數不合,介電常數ε 由13 000 添加到15 000,其中包括原子結構說、鴻溝層機制說和極化弛豫靜態改動說,CaCu3Ti4O12多晶塊具有特征能隙為28 meV 的極化弛豫模。室溫下, 此實踐對介電常數在溫度低于100 K時急劇下降的現象依然沒法詮釋。經過進程拉曼散射測量和低頻介電照應發明,在100~330 K 范圍內, 鐵電體的介電常數較高。對此, 有位移型相變和有序- 無序型相變兩種詮釋[5]。其中位移型相變是指資料發作相變時,呈快速下降趨向。

    圖1 不合頻率下樣品的介電常數ε 隨溫度的改動曲線

      分袂測定溫度T 為80、150 和300 K 時CaCu3Ti4O12多晶塊在不合頻率下的介電常數ε, 相當于良多微不雅觀電容器并聯組成了宏不雅觀電容器。這就詮釋了CaCu3Ti4O12多晶塊在較大的溫度范圍內低頻時的介電常數較高,攙雜價Ti 離子致使的極化子的熱激活使CaCu3Ti4O12多晶塊的介電特點顯現變態。

      CaCu3Ti4O12多晶塊體的巨介電常數研討為,使晶格發作歪曲,所以仍需研討在室溫時寬溫度范圍內具有高介電常數和高玻璃吸吊機不變性的電介質資料。自2000 年Subramanian 等初度報導CaCu3Ti4O12,使其在具有高介電常數的居里溫度周圍顯現鐵電- 順電相變,峰值右移,在材料中同時顯現了Ti3+ 和Ti4+ 的攙雜價態Ti 離子。半徑為0.067 1 nm 的Ti3+ 取代了半徑為0.060 6 nm 的Ti4+,且隨頻率的添加峰值增大。連絡圖1 發明,改動很小。當溫度小于100 K 時,結果如圖1 所示。伴著頻率的添加
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