CaCu3Ti4O12电介质材料的合成与性能研究

论文摘要

CaCu3Ti4O12（CCTO）材料具有介电常数高（104以上,常温、1KHz）、低温下稳定性好等特点,在电容器、存储器等电子器件方面有着非常广泛的应用前景。本文采用高纯度原料,通过传统固相反应工艺法,在较低温度下（870℃）一次合成单相CCTO粉末（保温24小时）。经压成薄片后在1000℃～1080℃烧结,保温时间从8小时到24小时。测试不同烧结条件下试样的介电性能及温谱,发现在1060℃、保温24小时时材料的收缩率最大,介电性能最好,损耗为0.042,介电常数可高达13000以上,介电常数和损耗在80℃左右时开始急剧上升。还对试样用扫描电镜进行观察,分析烧结的微观机制对材料的介电性能的影响。除此以外,还对CCTO进行了掺杂试验,分别掺Al2O3、Y2O3、SiO2,研究了烧结温度、保温时间以及掺杂浓度对材料介电性能以及温谱的影响。在CaCu3Ti4（1-x）Al4xO12材料中,Al3+的添加降低了损耗,最低可达0.025,并且介电常数也可达到19000以上,介电性能有了比较大的改善。温度特性也较好,介电常数和损耗在大约100℃时才开始急剧上升。在Ca（1-x）YxCu3Ti4O12材料中,Y3+的添加使材料的介电常数和损耗都有了增加,并且随着掺杂量的不同波动比较大,介电常数最高可达70000以上,损耗最低只有0.15,高者可达1.0以上。此外,介电常数和损耗都随测试温度的升高而快速上升。在掺SiO2的CCTO材料中,介电性能与纯CCTO相比没有明显的改变,介电常数集中在10000到30000之间,损耗大部分可达0.1以下。随着烧结温度的提高,介电常数和损耗都有下降的趋势,损耗最低可达0.027,同时介电常数可保持在15000以上。SiO2含量的变化对温度曲线影响不大,当温度升高至60℃左右时损耗就明显的增大,介电常数则在80℃左右时开始急剧升高。此外,CCTO材料还具有电流–电压非线性特性。烧结温度的提高和保温时间的延长都有利于CCTO材料的非线性系数的提高。非线性系数在电流密度达到一定值后随电流密度的增加而上升。掺Al2O3能使非线性系数得到提高。掺Y2O3后,非线性系数则发生了下降。掺SiO2后,非线性系数随烧结温度的提高出现了较大的增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 3Ti₄O₁₂ 材料的晶格结构及介电性能'>1.2 CaCu₃Ti₄O₁₂材料的晶格结构及介电性能
• 1.3 CCTO产生高介电常数的可能机理
• 1.3.1 应力分析法
• 1.3.2 内部阻挡电容分析法
• 1.3.3 光电导分析法
• 1.3.4 其他分析法
• 1.4 CCTO材料的研究现状
• 1.4.1 CCTO的介电性能研究进展
• 1.4.2 CCTO的掺杂改性研究进展
• 1.5 本文的研究意义与目标
• 1.6 本章小结
• 3Ti₄O₁₂的合成与性能测试'>第二章 CaCu₃Ti₄O₁₂的合成与性能测试
• 2.1 陶瓷工艺综述
• 2.2 介电性能综述
• 2.2.1 电容及介电质
• 2.2.2 介电损耗
• 3Ti₄O₁₂ 的合成'>2.3 CaCu₃Ti₄O₁₂的合成
• 2.3.1 制作CCTO的工艺流程
• 2.3.2 粉料的合成
• 3Ti₄O₁₂ 样品的性能测试'>2.4 CaCu₃Ti₄O₁₂样品的性能测试
• 2.4.1 烧结温度对CCTO性能的影响
• 2.4.2 保温时间对CCTO性能的影响
• 2.4.3 不同测试频率下材料的介电性能
• 2.4.4 CCTO介电性能的温度曲线
• 2.5 显微结构分析
• 2.6 本章小节
• 3Ti₄O₁₂的掺杂改性研究'>第三章CaCu₃Ti₄O₁₂的掺杂改性研究
• 2O₃ 对CCTO性能的影响'>3.1 掺Al₂O₃对CCTO性能的影响
• 2O₃ 对CCTO性能的影响'>3.2 掺Y₂O₃对CCTO性能的影响
• 2 对CCTO性能的影响'>3.3 掺SiO₂对CCTO性能的影响
• 3.4 本章小结
• 3Ti₄O₁₂的电流–电压非线性特性'>第四章CaCu₃Ti₄O₁₂的电流–电压非线性特性
• 4.1 I–V非线性特性的电学参数
• 4.2 CCTO J–E非线性特性的研究进展
• 4.3 CCTO的I–V非线性特性
• 4.4 掺杂后材料的I–V非线性特性
• 2O₃ 后材料的I–V非线性特性'>4.4.1 掺Al₂O₃后材料的I–V非线性特性
• 2O₃ 后材料的I–V非线性特性'>4.4.2 掺Y₂O₃后材料的I–V非线性特性
• 2 后材料的I–V非线性特性'>4.4.3 掺SiO₂后材料的I–V非线性特性
• 4.5 本章小结
• 第五章结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢