SrBi-,4-Ti-,4-O-,15-B位摻雜改性研究.pdf

1、本論文著重于層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi)的B位摻雜改性研究。對它們陶瓷樣品的微結(jié)構(gòu)、鐵電和介電性能的研究，有助于了解摻雜對層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料的性能，特別是剩余極化影響的機理，并指導(dǎo)設(shè)計有實用性能的用于非易失性鐵電隨機存儲器的新型鐵電材料。 采用固相燒結(jié)工藝，制備了不同Nb、Mo、Zr、Fe摻雜量的SBTi鐵電陶瓷樣品。用X射線衍射、Raman光譜對它們的結(jié)構(gòu)進行了分析，用掃描電子

2、顯微鏡觀察了它們的表面形貌，發(fā)現(xiàn)這些樣品都是隨機取向，且摻雜基本未改變材料原來的晶體結(jié)構(gòu)。 鐵電性能測試結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)膿诫s量都能有效改善材料的鐵電性能。摻雜后，剩余極化(2P<,r>)都呈現(xiàn)出先增大，后減小的規(guī)律。高價陽離子Nb<'5+>、Mo<'6+>摻雜SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>中，當(dāng)摻雜量為分別為0.03和0.06時，2P<,r>達到極大值：24.7μC·cm<'-2>和26.5μC·cm<'-2>，比未摻

3、雜時增大60％以上。同時，保持了SBTi良好的熱穩(wěn)定性能。這與摻雜導(dǎo)致的氧空位濃度的降低和氧空位動性的減弱有關(guān)。等價陽離子Zr<'4+>摻雜同樣未影響SBTi的晶體結(jié)構(gòu)與居里點。適量的Zr<'4+>摻雜也在一定程度上提高了SBTi的2P<,r>但其提高的幅度遠小于高價陽離子摻雜。SBTZ-0.03的2P<,r>與SBTi相比僅提高了35％。這說明氧空位濃度的降低并不是提高剩余極化值的唯一因素，卻是一個主要因素。一方面，高價的陽離子作為施

4、主摻雜，降低了氧空位濃度，使其對鐵電疇的釘扎力減弱，可反轉(zhuǎn)的疇的數(shù)目增多，增大了樣品的剩余極化值；另一方面，摻雜使SBTi的B位周圍的電荷有序性與結(jié)構(gòu)有序性降低，阻礙了氧空位在疇壁處的聚集，使樣品的鐵電性能有了明顯的提高。另外，摻雜引起SBTi晶格畸變的增大是另一個影響SBTi剩余極化值的因素。 低價B位摻雜是在SBTi的B位用一個Fe<'3+>離子取代了一個Ti<'4+>離子，同時為了保持電中性，將A位的Sr<'2+>離子用B