高储能密度钛酸钡基复合材料

 高介电常数介电材料在储能方面的特殊作用使其在电工、电子技术领域有着重要的应用。随着电子工业的发展,高储能密度介电材料受到越来越多的关注,出现了一些新型的高储能密度介电材料。高储能密度介电材料具有高的介电常数和击穿强度,其发展的关键是提高储能密度。本文对近年来高储能密度介电材料的研究发展进行了概述,主要讨论了通过对钛酸钡的改性(即掺杂改性、表面包覆改性和复合材料制备)来提高介电材料的储能密度。分析了钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法及其介电性能的影响因素,其中,陶瓷填料和聚合物基体2相界面的相容性是复合材料介电性能的重要影响因素。同时,指出了解决BaTiO₃粒子在聚合物基体中的分散问题、填料和聚合物基体的选择以及制备过程中工艺条件的控制都是研究兼具高介电强度和高介电常数复合材料的发展方向。     

MnO_2掺杂钛酸钡基PTC陶瓷的电子结构及其电性能研究

为提高钛酸钡基PTC陶瓷的升阻比(ρmax/ρmin),采用固相反应法制备了以Y2O3为施主杂质,不同含量的Mn O2作为受主杂质的钛酸钡基PTC陶瓷样品;应用第一性原理方法计算了样品的能带结构、电子结构和Mn掺杂的形成能;测量了样品的正电子湮没寿命谱和电性能。计算结果表明:钛酸钡材料的价带顶和导带底分别位于特殊K点中X(0,0.5,0)点和Γ(0,0,0)点,属间接带隙,禁带宽度为1.59 e V;从形成能结果来看,Mn进入钛酸钡基陶瓷结构后会取代Ti位置。实验结果显示,随着Mn O2掺杂量的增加,样品晶粒内部的自由电子密度增大,陶瓷的晶界缺陷浓度增加,室温电阻率增大。Mn O2含量为0.03%mol的样品的升阻比最大,达到1.1×105,即掺入少量的Mn O2可明显改善钛酸钡基PTC陶瓷的升阻比。     

烧结温度对钛酸钡陶瓷性能的影响

采用溶胶凝胶法制备钛酸钡粉体,采用氢氧化钡和钛酸丁酯为溶质,甲醇和乙二醇甲醚为溶剂制备溶胶,在900℃下煅烧凝胶制备出性能优异的钛酸钡纳米粉体.采用三种烧结温度制备钛酸钡陶瓷,经研究发现,在1 200℃烧结制备的陶瓷晶粒细小均匀,材料的性能较好,此时α50为15.16%·℃-1,电阻率为55 Ω·cm.     

受主掺杂对钛酸钡基PTC陶瓷的影响

受主掺杂能有效提高钛酸钡基PTC陶瓷材料的晶界势垒高度,适量的受主掺杂能明显增大材料升阻比,本文对钛酸钡基PTC陶瓷受主掺杂物的种类、掺杂量、掺杂形态和掺杂方式等方面进行了论述,讨论了受主掺杂各方面因素对材料PTC性能的影响。     

锆钛酸钡陶瓷的溶胶凝胶法制备与性能

采用溶胶凝胶法制备了Ba(ZrxTi1-x)O3(X=0.04、0.07、0.10、0.13)亚微米粉体,XRD物相分析证明其为完全互溶取代固溶体粉末。该粉末可在1 340℃下烧结成瓷,对该系列固溶体材料的介电性能用LCR测量仪进行了测试分析,结果表明:材料的介电常数随Zr掺杂量的增多呈上升趋势,在X=0.10达到极值。材料的居里点温度随Zr掺杂量的增多向室温方向呈线性偏移。SEM分析表明,随Zr掺杂量的增多材料的晶粒尺寸有明显的降低,说明Zr掺杂对晶粒长大有抑制作用。     

钛酸锶钡陶瓷的铁电极化疲劳效应

 用微分电滞回线谱分析方法研究了钛酸锶钡Ba_0.95Sr_0.05TiO₃ （BST）陶瓷圆片的铁电极化疲劳效应,发现其疲劳过程可以分成三个阶段,当反转次数在10⁵-10⁶次时出现老化效应,反转10⁶-10⁸时出现疲劳效应,反转10⁸次以上则样品完全疲劳,铁电性几乎消失。     

Ce掺杂对BaTiO3陶瓷微观结构的影响

采用溶胶-凝胶法制备了稀土元素Ce掺杂的BaTi1-xCexO3（x=0.001,0.002,0.005,0.01）陶瓷.研究了Ce掺杂对BaTi1-xCexO3物相结构、晶粒生长和微观结构的影响.结果表明BaTi11-xCexO3为单一钙钛矿结构,随Ce掺杂量增加,晶格参数c/a逐渐减小;在烧结过程中,Ce掺杂可以抑制晶粒生长,有效的控制晶粒尺寸;陶瓷密度随Ce掺杂量增加而逐渐增大,最高可达理论密度的94.1%.     

CaFeO_(2.5)掺杂对PSZT压电陶瓷微观结构及电性能的影响

采用常规固相法制备了CaFeO2.5掺杂改性的Pb0.95Sr0.05(Ti0.47Zr0.53)O3压电陶瓷.利用X射线衍射、扫描电镜、精密阻抗分析仪等技术分析表征了该体系的微观结构及电性能.结果表明:CaFeO2.5掺杂促进了PSZT陶瓷的致密化,抑制了晶粒长大.CaFeO2.5掺杂引起晶格畸变,随CaFeO2.5掺杂量的增加,四方晶格发生膨胀,四方度增大;缺陷偶极子增加,降低了压电性能并出现了类似于反铁电性质的电滞回线"束腰"现象.     

不同水热反应温度和烧结温度下制备BaTiO3陶瓷及其电学性能研究

采用水热法,以硝酸钡和四氯化钛的酒精溶液为原料,在不同反应温度下制备了具有钙钛矿结构的钛酸钡(BaTiO3)粉体,然后在不同烧结温度下得到钛酸钡陶瓷,研究其电学性能.结果表明,陶瓷内部的气孔会影响介电常数随频率变化的特性.所得样品的介电常数、居里温度和介电损耗都随着反应温度的增加,呈现先增大后减小的趋势,并且晶粒尺寸的减小会降低钛酸钡的居里温度.在介电温谱中,240℃和270℃水热合成的样品出现明显的损耗峰,这是由于在高温烧结过程中产生的氧空位导致的.点缺陷会影响样品的极化强度-电场(P-E)回线,出现双电滞回线.     

铌、铈、锰掺杂对钛酸钡基陶瓷性能的影响

在钛酸钡中以五氧化二铌、三氧化二铈形式引入铌、铈元素,采用了固相法反应制备Nb、Ce双施主掺杂的微米级钛酸钡基正温度系数(PTC)陶瓷粉;同时研究了加入受主元素Mn对PTC陶瓷材料性能的影响。利用XRD和SEM分析了样品的物相及微观相貌,发现样品结晶完整,颗粒均匀。实验表明,以Ce、Nb、Mn进行掺杂可有效改善材料在室温条件下的PTC性能;当掺入0.2 mol%Nb_2O_5、0.3 mol%Ce_2O_3、0.08 mol%Mn(NO_3)_2时,制出室温电阻率为616Ω·cm、升阻比大于10、居里温度为60℃的PTC热敏陶瓷;并利用制成的PTC材料作为加热源对受控器件进行加热实验。     

BaPbO3与BaTiO3陶瓷的导电特性比较

从BaPbO3与BaTiO3多晶态陶瓷的缺陷结构出发,结合不同气氛下烧成试样的室温电导率,探讨两种材料的导电特性与晶体缺陷结构之间的关系,从微观本质上阐述晶体缺陷对材料电学性能的影响.结果表明:BaPbO3与BaTiO3不同的缺陷结构决定了两种材料具有不同的电学性能;BaPbO3材料中受主能级较浅,受主中心所束缚的空穴很容易跃迁至价带形成导电载流子,在氧化气氛下烧成的试样呈高导电性;BaTiO3材料中受主能级较深,氧化气氛下烧成的试样为绝缘体.     

Dy2O3掺杂对BaTiO3陶瓷结构与性能的影响

对水热法合成的BaTiO3粉体进行稀土氧化物Dy2O3掺杂改性,利用扫描电镜、X射线衍射及电气性能测试等手段,分析了离子取代行为和晶格参数与固溶度之间的关系,重点研究了Dy2O3掺杂量对BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸、介电性能的影响规律.结果表明,Dy2O3在陶瓷的烧结过程中可抑制晶粒生长,使晶粒尺寸变小,提高了陶瓷的致密度.当掺杂量w(Dy2O3)为0.6%时,陶瓷晶粒的晶格常数达到最大值,此时晶粒内部缺位浓度最低,常温介电常数提高到4100,在-15～100℃范围内,介电常数随温度变化率为±10%,交流击穿场强为3 2kV/mm.     

A Novel Process for Synthesis of Ultrafine BaTiO3 Powders

A novel process termed low-temperature combustion-synthesis (LCS) of Ba(NO3)-TiO-C6H8O7H2O system was investigated at the initial temperature of 600℃ and ultrafine BaTiO3 powders with a particle size of 200€?350nm were prepared. It was found that the molar ratio of NO/citric acid and the homogeneity of combustion have remarkable effect on the characteristics of the powder. The reaction mechanism of LCS BaTiO3 powders was proposed on the basis of thermodynamic analysis.     

Preparation and densification of BaTiO3 nanopowder by sol-gel autoigniting synthesis

Autoigniting synthesis of gel from Ba(NO3)2, TiO(NO3)2 and C6H8O7H2O aqueous solution was investigated at an initial temperature of 600℃ and tetragonal BaTiO3 nanopowder with particle size of 80nm was prepared. It is indicated that the specific surface area of the combustion product before and after calcination is 14.74 m2/g and 12.49 m2/g, respectively. The combustion wave is composed of solid phase reaction zone and gaseous phase flame reaction zone. The combustion flametemperature is 1 123 K derived from thermocouple measurement. The characteristics and densification behavior of the sol-gel autoigniting synthesized BaTiO3 nanopowder were investigated.     

溶胶-凝胶法制备La掺杂BaTiO3纳米晶体的研究

用溶胶-凝胶法制备了La掺杂的BaTiO3纳米晶体．借助热重-差热、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射和透射电子显微镜等手段对样品进行了表征．结果表明，该方法可以制备出BaTiO3纳米晶体，La掺杂可以有效地降低BaTiO3纳米晶体的烧结温度，并且使其晶格发生收缩畸变．     

钛酸钡粉体的表面包覆与电子陶瓷改性

为实现改性杂质与钛酸钡粉体的均匀混合，达到对材料微结构、相结构和电学特性的准确控制，对水热纳米晶钛酸钡粉体进行了改性杂质的非均匀形核表面淀积包覆．文中利用包覆Y（OH），后的钛酸钡粉体在水中的毛细管浸润性得到改善、以及两种工艺方法制备的粉体在液一固分离离心过程中离心转速对液一固分离率的影响，判断Y（OH），对钛酸钡粉体的包覆效果；探讨了掺杂工艺对Y掺杂钛酸钡陶瓷半导化和室温电阻率的影响，以及用非均匀形核表面淀积包覆工艺制备的陶瓷PTCR和细晶介质陶瓷的性质．润湿性实验显示，利用表面淀积包覆工艺确实能获得良好的包覆效果．     

锰、钴掺杂PBSZT压电陶瓷性能的研究

为制备大功率低损耗压电陶瓷材料,对铅基压电陶瓷材料Pb0.9Ba0.05Sr0.05(Sn1/3Nb2/3)0.06(Zn1/3Nb2/3)0.06Ti0.44Zr0.44O3 0.5wt%Sb2O3(质量分数,下同)进行掺杂改性研究,结果表明钴最好的掺杂量为0.3wt%~1.0wt%,此时陶瓷可得到较好的综合性能。0.5wt%锰掺杂可得性能为介电损耗tanδ=0.47%、机械品质因素Qm=2065、机电耦合系数Kp=0.515、压电常数d33=322、介电常数εr=1470。在适量的钴和锰同时掺杂时可得到更低的介电损耗(0.45%)和较好的压电性能,表明同时掺杂可最优地降低介电损耗。     

Effect of milling process on the core-shell structures and dielectric properties of fine-grained BaTiO3-based X7R ceramic materials

Fine-grained BaTiO₃-based X7R ceramic materials were prepared and the effects of milling process on the core-shell structures and dielectric properties were investigated using scanning electron microscope, transmission electron microscope, and energy dispersive spectroscopy (EDS). As the milling time extends, the dielectric constant of the ceramics increases, whereas the temperature coefficient of capacitance at 125℃ drops quickly. The changes in dielectric properties are considered relevant to the microstructure evolution caused by the milling process. Defects on the surface of BaTiO₃ particles increase because of the effects of milling process, which will make it easier for additives to diffuse into the interior grains. As the milling time increases, the shell region gets thicker and the core region gets smaller; however, EDS results show that the chemical inhomogeneity between grain core and grain shell becomes weaker.     

硅衬底纳米钛酸钡湿敏元件特性分析

以硅片为衬底制作了纳米钛酸钡膜湿敏元件，用硬脂酸盐法合成纳米钛酸钡材料，丝网印刷法将纳米钛酸钡涂在硅衬底上制成电阻式湿敏元件，测试分析了元件的性能参数。结果表明，元件具有较高的灵敏度，元件阻抗和电容值随测试频率及相对湿度而变化，但基本不随测试电压变化，在1V、100Hz条件下，元件阻抗一相对湿度关系曲线的线性最好，由不同湿度的复阻抗平面特性曲线得到了材料感湿特性等效电路，讨论了材料的感湿机理，低湿时，材料本身颗粒电阻和电容及吸附的少量水共同起作用；高湿时，主要是吸附的水分子电离和极化起作用。