畢業(yè)論文-2015鑭摻雜鈦酸鋇的制備與性能研究

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1、化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院2012屆應(yīng)屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）各專業(yè)完整優(yōu)秀畢業(yè)論文設(shè)計(jì)圖紙一引言1.1文獻(xiàn)綜述1.1.1鈦酸鋇粉體的應(yīng)用與結(jié)構(gòu)鈦酸鋇是電子陶瓷元器件的基礎(chǔ)母體原料，被稱為電子陶瓷的支柱［１］。鈦酸鋇類化合物也是一類具有吸波性能的電介質(zhì)材料，對(duì)電磁波能產(chǎn)生磁損耗和介電損耗，以介電損耗為主（主要包括電導(dǎo)損耗、諧振損耗和松弛極化損耗）。由于鈦酸鋇類化合物可以吸收電磁波，因此也可用于制備隱形材料。隨著科技的迅速發(fā)展，電子元件朝著高集成度、高精度、高可靠性、多功能和小型化方向的高速發(fā)展，對(duì)制備滿足性能要求的鈦酸鋇材料提出了更高的要求［2-６］。這就需要我們不斷地研究并改變其性能，以

2、達(dá)到人們的需求。性質(zhì)是由結(jié)構(gòu)決定的，所以將其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)緊密聯(lián)系起來，才能更深入地進(jìn)行研究。據(jù)研究，在BaO-TiO2體系中，出現(xiàn)的有十種化合物，分別是BaTiO3，BaTi2O5，BaTi4O9,BaTi5O11,BaTi6O13,Ba2TiO4,Ba2Ti5O12，Ba2Ti9O20,Ba4Ti13O30,Ba6Ti17O40(通式：BaxTiyOx+2y)。從目前材料應(yīng)用的角度看，BaTiO3的實(shí)用價(jià)值很大，并且被廣泛的應(yīng)用于電子工業(yè)中。BaTiO3共有五種晶型，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。其中、立方相的晶胞隨溫度的變化會(huì)發(fā)生畸變，從而衍生出另外四種晶型，即四方相、斜方相、三方相和六方相(應(yīng)用

3、較少，不作研究)。因此，可以認(rèn)為立方相是其他四種晶型的母體結(jié)構(gòu)，研究BaTiO3的結(jié)構(gòu)就可以從研究立方相開始。立方相在120℃~1432℃條件下可以穩(wěn)定存在，當(dāng)溫度超出這個(gè)范圍時(shí)，晶胞就會(huì)發(fā)生畸變，轉(zhuǎn)化為其他晶型。溫度高于1432℃時(shí)為六方相；溫度為0℃~120℃時(shí)為四方相；溫度為-90℃~0℃時(shí)為斜方相；當(dāng)溫度低于-90℃時(shí)為三方相[7]。1.1.2鈦酸鋇粉體的性質(zhì)鈦酸鋇（BaTiO3），又稱偏鈦酸鋇，相對(duì)分子質(zhì)量大約為233.19，不溶于鹽酸、濃硫酸、氫氟酸甚至稀硝酸，也不溶于水及堿，有毒，熔點(diǎn)大約為1625℃，密度為16化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院2012屆應(yīng)屆本科畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）6

4、.08g/cm3，室溫阻率大約為10-10·cm，屬于絕緣體，是一種典型的鐵電材料。鐵電材料的電學(xué)性能主要是指其壓電性、介電性、熱釋電性和鐵電性，主要的電化學(xué)參數(shù)有電阻率(或電導(dǎo)率)、介電常數(shù)、介電損耗、介電溫譜(介電常數(shù)隨溫度的變化)、電頻譜（介電常數(shù)隨頻率的變化)等。對(duì)鈦酸鋇的功能性研究一般集中在它的鐵電性、介電性以及壓電性這幾個(gè)方面。鐵電性就是能夠自發(fā)極化的特性，具有該特性的晶體就是鐵電體，其內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)個(gè)由許多晶胞組成的自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域，稱之為電疇，這就是鐵電體的主要結(jié)構(gòu)特征之一。(1)BaTiO3的鐵電相變?cè)诹⒎较噔佀徜^中，晶胞的邊長(zhǎng)大于O2-和Ti4+的直徑之和，

5、處于氧八面體孔隙中的鈦離子可以偏離八面體的中心位置在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)。由熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律可知，Ti4+偏離或靠近周圍6個(gè)O2-的機(jī)會(huì)是均等的，即對(duì)八面體中心位置的平均偏離為零。則立方相BaTiO3不能自發(fā)極化，是順電相。隨著溫度的降低，Ti4+的熱運(yùn)動(dòng)也變?nèi)酢．?dāng)冷卻到120℃以下時(shí)，Ti4+的振動(dòng)中心則向周圍的6個(gè)O2-之一靠近，發(fā)生了自發(fā)性的離子位移極化(取其位移方向?yàn)閏軸)，Ti4+靠近的O2-的原子核和電子云也隨之偏離了原來的平衡位置，發(fā)生了電子位移極化，繼而又引發(fā)Ti4+的電子位移極化，形成了很大強(qiáng)度的自發(fā)極化，轉(zhuǎn)化為鐵電相[8]（2）BaTiO3的電疇結(jié)構(gòu)當(dāng)BaTiO3冷卻

6、至120℃以下，從立方相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较鄷r(shí)，相互鄰近的晶胞會(huì)步調(diào)一致地沿著原來某個(gè)晶軸方向進(jìn)行自發(fā)極化，從而形成電疇(Domain)，電疇之間的界面是疇壁(Domainwall)。在四方相鈦酸鋇單晶中，所有電疇的自發(fā)極化方向只有三個(gè)，分別與晶胞的三個(gè)晶軸方向相對(duì)應(yīng)，因而相鄰電疇的自發(fā)極化方向只會(huì)相交成180°或90°，即只有180°疇壁和90°疇壁。實(shí)際觀測(cè)表明，90°疇壁兩邊的電疇方向通常是首尾相接的，這種排列對(duì)應(yīng)于能量的較低狀態(tài)。電場(chǎng)在疇壁上的變化是連續(xù)的，不會(huì)有空間電荷在疇壁上集結(jié)。晶胞不是均勻極化而是產(chǎn)生電疇結(jié)構(gòu)，可以從能量最低的角度來解釋，總自由能取極小值的條件決定了電疇的穩(wěn)定構(gòu)

7、型。(3)BaTiO3的損耗鈦酸鋇并不是理想的電介質(zhì)，傳導(dǎo)電流導(dǎo)致了電導(dǎo)耗損，極化中的偶極子轉(zhuǎn)向極化、熱離子松弛極化和界面極化在交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生松弛，也會(huì)消耗電磁能，形成松弛極化損耗。原子、離子、電子的振動(dòng)與外界交變電場(chǎng)所產(chǎn)生的共振效應(yīng)也將耗散能量，對(duì)于一般頻率的交變電場(chǎng)是不會(huì)發(fā)生的。在實(shí)際應(yīng)用中，鈦酸鋇屬于絕緣體范圍，電導(dǎo)損耗非常??；而松弛極化占據(jù)總極化的比例不足4%，所以極化松弛損耗也不大。[9]1.1.3摻雜對(duì)鈦酸鋇結(jié)構(gòu)與性能的影響16化