钛酸锶钡微波铁电材料掺杂改性研究

论文摘要

钛酸锶钡（BST）微波铁电材料具有合适的介电常数、低的介电损耗、较好的可调谐性等特点，在光电信息、微波通讯等方面有着广泛的应用前景。为了满足不同领域的性能要求，需要进一步提高BST微波铁电材料的介电性能。因此对BST材料的掺杂改性成为了国内外研究的热点之一。本文具体采用的掺杂方法包括直接混合掺杂法和等摩尔比混合掺杂两种不同的掺杂方法。以掺杂不同添加量的氧化铝（Al2O3）及氧化镧（La2O3）作为改性剂，制备了以钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3)为基的微波铁电陶瓷。采用SEM、XRD等测试手段，分析研究了烧结样品的微观形貌特征、物相组成等特点，并通过测试分析样品的介电性能，讨论了Al2O3及La2O3掺杂BST微波铁电材料的改性机理。实验结果表明：在直接混合掺杂中，Al2O3及La2O3部分进入BST晶格中发生取代，同时，Al2O3及La2O3的单独掺入均使材料的介电常数和介电损耗都有所降低，其主要原因是掺入和生成的非铁电物质具有低介电常数和低损耗的特点；在等摩尔比混合掺杂法制备的样品中，Al2O3及La2O3仍然部分进入BST晶格中发生取代反应，但La2O3的掺杂干扰了BST的析晶行为，这种析出的化合物在相组成上接近于具有立方结构的Ba0.6Sr0.4TiO3。同时，采用等摩尔比混合掺杂配方制备的样品，介电常数随Al2O3及La2O3的混合掺入量的增加而降低，但介电损耗却有所起伏，其主要原因是新化合物的出现使得材料的致密度下降、孔隙率变大、缺陷增多。综合比较两种掺杂的实验结果，表明Al2O3及La2O3的掺杂对BST的结构和介电性能均产生了影响，所得到的等摩尔比混合掺杂实验结果较之单独掺杂实验结果在对样品的相组成、微观形貌及介电性能方面均有所改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微波介质材料的研究概况
• 1.2 微波介质材料的主要工艺方法
• 1.2.1 常规固相法
• 1.2.2 湿化学法
• 1.2.3 干湿混合法
• 1.3 钛酸锶钡（BST）体材研究概述
• 1.3.1 钛酸锶钡（BST）的晶体结构
• 1.3.2 钛酸锶钡（BST）的基本介电性能
• 1.3.3 钛酸锶钡（BST）的掺杂改性研究
• 1.3.4 钛酸锶钡（BST）系统的主要应用领域
• 1.4 本文工作问题的提出和实验设想
• 1.4.1 本文工作问题的提出
• 1.4.2 本文实验工作的设想
• 1.4.3 论文章节的安排
• 第2章 主要实验、测试方法和设备
• 2.1 固相烧结工艺
• 2.1.1 主晶相的合成
• 2.1.2 工艺流程
• 2.2 主要实验设备
• 2.3 主要测试手段和测试设备
• 第3章 单独添加掺杂剂改性法
• 3.1 实验过程
• 3.1.1 样品制备
• 3.1.2 样品处理及测试
• 2O₃实验结果及分析'>3.2 掺杂 Al₂O₃实验结果及分析
• 3.2.1 XRD结果分析
• 3.2.2 SEM结果分析
• 3.2.3 介电性能分析
• 2O₃实验结果及分析'>3.3 掺杂La₂O₃实验结果及分析
• 3.3.1 XRD结果分析
• 3.3.2 SEM结果分析
• 3.3.3 介电性能分析
• 3.4 本章小节
• 第4章 等摩尔比混合掺杂改性
• 4.1 配方设计及实验
• 4.1.1 配方设计
• 4.1.2 实验过程
• 4.1.3 样品制备
• 4.1.4 样品处理及测试
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 结构测试分析
• 4.2.2 介电性能测试及分析
• 4.3 实验结果对比分析
• 4.4 本章小节
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间所发表的文论