研究目的
研究通过固态法和机械化学法制备的多孔BaTiO3及Ba(Ti0.96SnxZr0.04-x)O3(x=0.02-0.04)陶瓷的结构与电学性能,评估孔隙率对多层陶瓷电容器和热敏电阻应用材料的影响。
研究成果
通过机械化学合成法获得了具有纳米晶结构的多孔BaTiO3及Ba(Ti0.96SnxZr0.04-x)O3(x=0.02-0.04)陶瓷。研究了陶瓷孔隙率对其微观结构和介电性能的影响。发现通过调节掺杂量可调控陶瓷孔隙率。X射线分析证实原始钛酸钡为室温立方相,而锆锡共掺杂样品分别为四方相。场发射扫描电镜图像显示颗粒具有多孔结构。介电温谱研究表明该材料呈现正常铁电行为。室温介电常数随锡和锆含量增加而提升,介电损耗则降低。通过阻抗谱研究了阻抗实部(Z')和虚部(Z'')随频率及温度变化的电学参数。Ba(Ti0.96Sn0.02Zr0.02)O3陶瓷的奈奎斯特图显示400°C时同时存在体效应和晶界效应,表明样品具有负温度系数热敏电阻特性。因此该陶瓷被视为极具前景的低成本热敏电阻材料。研究发现材料中的电弛豫过程具有温度依赖性。
研究不足
某些合成路线的高成本和工艺控制难度促使人们开发多孔BaTiO3纳米颗粒的替代合成方案。多孔结构的存在可能导致介电常数低于致密材料。
1:实验设计与方法选择:
样品采用常规固相法和机械化学法,由金属氧化物或金属碳酸盐细粉制备而成。初始粉末的标称纯度及其生产厂家见表1。
2:样品选择与数据来源:
使用分析级高纯度(99.9%)氧化物前驱体BaCO?、ZrO?、TiO?和SnO?。
3:9%)氧化物前驱体BaCO?、ZrO?、TiO?和SnO?。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:配备单色Cu-Kα辐射(λ=1.54178 ?)的X射线衍射仪(工作电压40 kV/电流30 mA)、电子密度计MD-3005 ALFA MIRAGE、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,JEOL 7600F,工作电压15 kV)、精密LC材料分析仪(Radiant,美国)、安捷伦4294A阻抗分析仪。
4:54178 ?)的X射线衍射仪(工作电压40 kV/电流30 mA)、电子密度计MD-3005 ALFA MIRAGE、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,JEOL 7600F,工作电压15 kV)、精密LC材料分析仪(Radiant,美国)、安捷伦4294A阻抗分析仪。
实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:按标称组成称取化学计量比的氧化物,在酒精中球磨混合12小时。混合物经烘干后,在氧化铝坩埚中于1050°C空气氛围下煅烧4小时。煅烧后的粉末以异丙醇为润湿介质,使用SPEX 8000混合研磨机(60 Hz型号)在室温下球磨7小时。将研磨后的粉末以5吨压力压制成直径15毫米、厚度1.5毫米的圆片(粘合剂为聚乙烯醇PVA)。去除PVA粘合剂后,圆片在程序控温炉中于1190°C下煅烧2小时(氧化铝坩埚)。
5:5毫米的圆片(粘合剂为聚乙烯醇PVA)。去除PVA粘合剂后,圆片在程序控温炉中于1190°C下煅烧2小时(氧化铝坩埚)。
数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用X射线衍射仪对煅烧和烧结粉末进行物相鉴定;使用电子密度计MD-3005 ALFA MIRAGE计算样品实验密度;通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)研究烧结样品形貌;利用精密LC材料分析仪测定样品的极化-电?。≒-E)滞后特性;采用安捷伦4294A阻抗分析仪在40 Hz–1 MHz频率范围和30–400°C温度范围内测量烧结样品的介电性能与阻抗。
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