细晶粒BaTiO3陶瓷电阻率的尺寸效应

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细晶粒BaTiO_3陶瓷电阻率和漏电流的尺寸效应研究

细晶粒BaTiO_3陶瓷电阻率和漏电流的尺寸效应研究
刘文斌;康爱国;刘永广;张少飞;李良辉
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2016(45)8
【摘要】BaTiO_3陶瓷材料作为一种重要的介电材料被广泛应用于诸多领域,其尺寸效应也被广泛的研究。

试验发现不同频率下BaTiO_3陶瓷材料的电阻率的随晶粒尺寸变化而变化,由此提出一个BaTiO_3陶瓷等效电路模型,从理论上验证不同频率下影响电阻率的主导贡献因素。

同时试验中发现直流与瞬态测试下的电阻率的尺寸效应变化相差较大,理论分析是由漏电流中极化电流与电导电流造成的。

结果表明,瞬态测量与直流测量的差异确实由漏电流的尺寸效应引起的。

【总页数】5页(P2097-2100)
【关键词】尺寸效应;BaTiO3;晶界;晶粒;漏电流
【作者】刘文斌;康爱国;刘永广;张少飞;李良辉
【作者单位】太原理工大学物理与光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.细晶粒BaTiO3陶瓷电阻率的尺寸效应 [J], 康爱国;邓湘云;王晓慧;李龙土
2.尺寸效应对细晶粒BaTiO3陶瓷电滞现象的影响 [J], 康爱国;邓湘云;王晓慧;李龙土
3.考虑晶粒尺寸效应的超薄（10—50 nm）Cu电阻率模型研究 [J], 王宁;董刚;杨银堂;陈斌;王凤娟;张岩
4.超细BaTiO_3陶瓷晶粒尺寸对介电性能的影响 [J], 栾伟玲;高濂;郭景坤
5.BaTiO_3压电陶瓷的断裂韧性与晶粒尺寸及分布的研究 [J], 邢玉凯;康爱国;李甜;李秀燕
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BaTiO_3-BiMeO_3弛豫铁电陶瓷的微结构与电性能研究

BaTiO_3-BiMeO_3弛豫铁电陶瓷的微结构与电性能研究弛豫铁电陶瓷具有介电常数高、使用温度范围广、容温变化率小、电致伸缩效应显著、响应速度快等优点,可广泛应用于制作多层陶瓷电容器、微位移驱动器等电子元器件。

钛酸钡（BaTiO3,简称BTO）的介电常数大、无弛豫行为、介电性能的温度和频率稳定性差、居里温度低、电击穿强度低,使BTO 陶瓷的应用与发展受到制约。

针对上述存在的不足,本文引入容差因子小、居里温度高的BiYbO3（BY）、BiAlO3（BA）和BiFeO3（BFO）等铋基钙钛矿铁电材料分别对BTO进行一元和二元固溶改性,形成新型的BTO基弛豫铁电陶瓷。

但这类材料体系由于在烧结过程中铋易挥发从而影响固溶改性效果。

而微波烧结具有加热速度快、烧结时间短,烧结温度低等优点,可以有效抑制烧结过程中铋的挥发,从而有利于减小氧空位浓度,降低漏电流,改善BTO基弛豫铁电陶瓷的电性能。

因此,本文分别采用常规烧结和微波烧结两种方法制备BTO-BiMeO3（Me=Yb、Al、Fe）系列铁电陶瓷,系统研究了其微结构、电性能与固溶量、烧结方法的关系,得到如下研究结果:（1）系统研究了BY单组元固溶及烧结方法对BTO铁电陶瓷的微结构、电性能、弛豫特性及储能特性的影响。

结果表明:（1-x）BTO-xBY陶瓷的晶体结构随BY量发生改变,当x≤0.03时为铁电四方相,当x≥0.06时为赝立方相;适量引入BY,可以细化晶粒,当x=0.06时其晶粒尺寸最小;BY引入可以提高BTO陶瓷的介电性能温度和频率稳定性,随BY量增加,BTO陶瓷由正常铁电陶瓷转变为弛豫铁电陶瓷,弛豫行为显著增强,电滞回线变纤细,剩余极化强度逐渐降低;储能密度有所提高,能量效率明显增加;微波烧结可提高陶瓷的致密性,抑制晶粒生长,增强弛豫行为,减小漏电流、剩余极化强度和矫顽场强,增大饱和极化强度与剩余极化强度之间的差值,提高储能密度和能量效率。

(Ba,Pb)TiO3陶瓷的半导化机理及其湿敏特性研究

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图５（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ）陶瓷表面的水分子吸附模式Ｆｉｇ５Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｏｆｈｙｄｒｏｎｅｏｉｌｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆ
析了（Ｂａ，Ｐｂ）Ｔｉ０３陶瓷的湿敏特性。理论上指出施主掺杂（Ｂａ，Ｐｂ）Ｔｉ０３陶瓷晶粒的半导化主要是由于晶格Ｂ位处于Ｔｉ４＋和
Ｎｂ５＋的成分无序状态所致；指出（Ｂａ，Ｆｂ）Ｔｉ０３陶瓷属于复杂性系统，其相对湿敏特性由晶粒半导化、表面吸附、晶界势垒等多个因素决定。结果表明其电阻值在１２ＲＨ％棚３ＲＨ％的相对湿度范围内变化３个数量级，且湿敏特性曲线在单对
ｓｕｒｆａｃｅａｎｄ（ｂ）ｂｕｒｎｉｓｈｅｄｓｕｒｆａｃｅ
面和晶粒间界上吸附，并在晶粒问界上凝聚。水分子在（Ｂａ，Ｐｂ）Ｔｉ０３陶瓷表面的吸附模式如图５所示［Ｊ“，在完全脱水的（Ｂａ，Ｐｂ）Ｔｉ０３陶瓷表面由于裸露着金属阳离子和氧阴离子，于是在陶瓷晶粒的表面首先形成ＯＨ。离子与Ｔｉ”离子，以及Ｈ＋与０２’之间的第ｌ层化学吸附，然后水分子在这层表面羟基上形成物理吸附第ｌ层，第２层…．，由于由化学吸附生成的表面羟基结合力很大，不易脱离，第１层物理吸附水每个水分子的两个氢键分别被两个表面羟基吸引，这层吸附水在陶瓷表面处于不能旋转的稳定状态【１…。水分子是一种结构不对称的强极性分子，氢原子一侧存在很强的
留管字［９９］１３号）作者简介：田玉明，男，１９６９年生，博士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｉａｎｙｍｉｎｇ＠ｅｙｕｎ．ＣＯｒｎ。联系人：徐明霞，天津大学材料学院，天津３０００７２，电话：

batio_3烧结过程中异常晶粒长大的研究

batio_3烧结过程中异常晶粒长大的研究近年来，以io_3为基础的新型陶瓷材料的开发深受关注。

与传统陶瓷材料相比，io_3陶瓷具有更高的热稳定性、抗蚀性、抗疲劳性和抗冲击性，这使得它在航空航天、军事和其他工业应用中具有广泛的应用前景。

然而，在io_3陶瓷烧结过程中，晶粒发生异常长大，会对材料性能产生重大影响，也会导致加工表面质量下降，可能影响其最终实际应用。

因此，了解烧结过程中异常晶粒长大的机理，对于提高io_3陶瓷烧结质量具有重要意义。

io_3陶瓷的烧结过程受到多种因素的影响，其中包括加工参数、介质环境、粉体性质等，这些因素可能导致io_3陶瓷中晶粒发生异常长大。

基于此，在烧结反应过程中要注意室温控制，使介质温度保持平衡，减少温度的波动。

此外，在烧结过程中要控制蒸汽压力，防止因湿热过程而导致晶粒异常长大。

同时，要选择合适的粉体助剂，改善io_3烧结过程中晶粒长大现象。

io_3陶瓷的烧结过程中异常晶粒长大的机理是复杂的，主要取决于烧结反应的物理机制和材料的溶解特性，例如固液界面的晶体生长等。

因此，要加强对io_3烧结过程中晶粒长大机理的研究，从深入了解io_3陶瓷材料温度、压力和介质环境及其他烧结参数和材料组成等因素对晶体长大的影响方面，以及晶内扩散、微结构和晶体尺寸等方面展开研究，有助于更好地控制io_3陶瓷烧结性能。

此外，还可以通过研发新型助剂和新型烧结技术来改善晶粒长大的问题。

添加一定的抑制剂可以靶向性地抑制特定晶体的长大。

此外，通过开发新的烧结技术，例如采用压强增加或温度来控制固液界面，有助于改善io_3烧结过程中异常晶粒长大的现象。

综上所述，io_3烧结过程中异常晶粒长大是一个复杂的问题，要研究它的机理，需要系统地考察烧结参数、介质环境和粉体性质等因素，深入研究其温度、压力和介质环境及烧结参数和材料组成等因素对晶体长大的影响，以及晶内扩散、微结构和晶体尺寸等方面的影响。

另外，要开发新型助剂和新型烧结技术来改善晶粒长大的问题，从而有效改善io_3陶瓷烧结性能，为io_3陶瓷的应用奠定基础。

尺寸效应对细晶粒BaTiO3陶瓷电滞现象的影响

尺寸效应对细晶粒BaTiO3陶瓷电滞现象的影响
康爱国;邓湘云;王晓慧;李龙土
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2005(036)011
【摘要】考虑到转向极化和反向畴的成核生长过程的综合影响,引入了一个反映两种过程影响程度的比例参数,对细晶粒BaTiO3陶瓷的电滞回线进行了理论分析,其结论与试验结果是极其一致的,这将有助于深入了解晶粒尺寸效应对BaTiO3陶瓷极化影响的机制.
【总页数】3页(P1712-1714)
【作者】康爱国;邓湘云;王晓慧;李龙土
【作者单位】清华大学,材料科学与工程系新型陶瓷和精细工艺国家重点实验室,北京,100084;清华大学,材料科学与工程系新型陶瓷和精细工艺国家重点实验室,北京,100084;清华大学,材料科学与工程系新型陶瓷和精细工艺国家重点实验室,北京,100084;清华大学,材料科学与工程系新型陶瓷和精细工艺国家重点实验室,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】O487;TB34
【相关文献】
1.烧结工艺对BaTiO3基PTC热敏陶瓷微结构和电性能的影响 [J], 向超;周沁;孙文镇;赵婕;宋海深
2.细晶粒BaTiO3陶瓷电阻率的尺寸效应 [J], 康爱国;邓湘云;王晓慧;李龙土
3.溶胶包覆对BaTiO3陶瓷晶粒尺寸的影响 [J], 胡晓文;张良莹;姚熹;邹欣
4.BaTiO3超微粉及其在陶瓷中的晶粒尺寸效应 [J], 任天令;王玉国
5.助烧剂和基料晶粒尺寸对BaTiO3-Nb2O5-Co3O4-La2O3系陶瓷性能影响 [J], 杨静;袁岐山;赵阔;罗灿选;郑峰洋;陈泽少
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颗粒尺寸对低温烧结BaTiO3陶瓷密度和介电性能的影响

作者：邹亚囡
作者机构：吉林化工学院理学院,吉林吉林132022
出版物刊名：化工管理
页码： 62-63页
年卷期： 2015年第33期
主题词： BaTiO3;密度;介电性能;液相烧结
摘要：研究了采用不同颗粒尺寸的粉体经低温烧结制备的BaTiO3陶瓷的密度和介电性能。

在BaTiO3粉体中添加ZnOB2O3-SiO2（ZBS）玻璃粉,它在烧结过程中呈液相从而降低BaTiO3陶瓷的烧结温度。

通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和LCR测试仪检测陶瓷的结构和介电性能。

结果表明,BaTiO3陶瓷的密度和介电性能均受原粉体颗粒尺寸的影响。

陶瓷样品的晶粒尺寸几乎和BaTiO3原粉体的颗粒尺寸成正比。

用平均粒径为800nm的原粉体制备的BaTiO3陶瓷,相对密度为96%,介电常数达到1440,而且因为添加了5wt%ZBS玻璃,陶瓷的烧结温度降到1100℃。

【大学实验】BaTiO3系PTC陶瓷材料的制备与性能测试

• 热敏效应包含电阻-温度特性，伏-安特性和电流时间特性。
• 本试验主要测试PTC热敏电阻电阻-温度特性。 • 阻-温特性是指在规定电压下热敏电阻的零功率电
阻值与电阻体温度之间关系。 • 零功率电阻是在某一规定的温度下测量PTC热敏
电阻器电阻值，测量时应保证其功耗低到功耗引起的电阻值的变化可以忽略的程度。
BaTiO3系PTC陶瓷材料的制备与性能测试
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实验目的
• 1.熟悉BaTiO3系PTC陶瓷材料的制备过程，对其 XRD图谱有初步认识；
• 2. 了解陶瓷样品室温电阻、居里温度和阻-温特性的测量方法和过程。
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实验原理
1.BaTiO3基PTC陶瓷的PTC效应 • 纯BaTiO3陶瓷是一种优良的陶瓷电容器材料，也是
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实验步骤
1.混合球磨 • 称量指定量的试剂，放入球磨罐中湿磨24小时，烘
干； 2.造粒 • 向球磨粉体加入聚乙烯醇（PVA）水溶液和少许甘
油，混合均匀后盛入模具，压片，捣碎。 • 重复压片、捣碎和过筛，筛选60目到120目的粒状
物。
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3.压片 • 将造粒的颗粒物压成素坯； 4.烧结 • 将素坯放入马弗炉中，按照以下过程烧结：
• 溶胶-凝胶法具有可溶解微溶性及不溶性物质的优点，是实验室较为常用的方法。
• 纳米材料的制备方法较多，可参考实验文献，设计其他的制备方法进行试验。
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2. 粒径效应BaTiO3基PTC陶瓷元件的性能有很大的影响。可设计实验，考察BaTiO3粉体粒径的对PTC陶瓷元件性能的影响。
3. 有关钛酸钡基纳米材料的制备方法以及应用，可查看有关书籍以及文献。
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图1 PTC热敏电阻阻温特性曲线

高介电常数BaTiO3陶瓷畴反转电流影响因素的研究

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟高介电常数BaTiO3 陶瓷畴反转电流影响因素的研究采用溶胶-凝胶结合二次煅烧的方法制备了高介电常数BaTiO3 陶瓷，通过X 射线衍射分析得到所制备的体系为四方相和立方相共存结构，从扫描电镜的铁电陶瓷的一个突出的特点就是电畴的反转，在铁电材料中铁电畴在足够大的电场或者应力下瞬间就会发生反转从一种畴转化为另外一种畴，而电畴反转行为是极化反转随时间变化的结果，因此研究反转电流就可以更加深入地理解铁电体的畴反转过程。

漏电流也是反转电流的一部分，但是由于BaTiO3 陶瓷具有高的电阻率和相对低的外电压，因此可以忽略漏导电流对反转电流的影响。

Sun 和Kalkur 用一个指数增长和衰减电流来模拟铁电体电容器的极化反转情况。

Lente 等用瞬间电流测试和电滞回线测试来研究PZT 陶瓷的畴壁的影响。

本文通过溶胶-凝胶结合二次煅烧的方法制备了BaTiO3 陶瓷，通过TF2000 铁电分析仪在室温下、小信号频率为100Hz、小信号电压为100V 的测试条件下测试煅烧温度为1310℃保温4h 得到BaTiO3 的最大介电常数为38306。

本文通过对BaTiO3 陶瓷的反转电流随着温度、频率和电压的依赖关系深入研究电流反转过程。

2、实验过程采用乙酸钡(质量分数为99.5%、分析纯)、钛酸丁酯(98.0%、化学纯)为前驱体，采用无水乙醇(99.7%、分析纯)和冰乙酸(99.5%、分析纯)作为溶剂。

首先将0.1mol 乙酸钡溶解在90mL 的质量分数为36%的冰醋酸中作为A 溶液，同时将0.1mol 的钛酸丁酯混合0.6mol 乙醇和0.3mol 乙酸作为B 溶液。

将AB 溶液混合均匀在60℃水浴锅中反应0.5h 得到溶胶，然后在烘箱中烘干得到干凝胶。

将干凝胶在马弗炉中煅烧得到粉末之后研磨，然后将粉末。

纳米材料四大效应及相关解释

纳米材料四大效应及相关解释四大效应基本释义及内容：量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。

当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。

小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。

对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。

表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。

随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。

宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。

近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。

四大效应相关解释及应用：表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。

随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。

例如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。

粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。

这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。

表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。

Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能

Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能摘要本文采用了固相合成法制备BBT系统陶瓷，以Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷系统为研究对象，通过SEM、XRD等实验手段对其合成过程进行分析，研究了陶瓷制备过程中烧结温度和烧结时间对结构演化的影响，并研究其结构与介电性能和铁电性能的关系。

结果得出：介电常数εr随着烧结温度升高而明显增大，且具有明显的频率敏感性。

三方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度；四方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度，Bi3+取代使三方相含量增加，铁电性能明显提高。

关键词：Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3，固相烧结法，结构，介电性能，铁电性能内容引言近年来，由于建筑工业的发展和人们对装饰、装修要求的多样化，国内外建筑卫生陶瓷工业发张十分迅猛。

陶瓷在中国乃至世界有着辉光的篇章，20世纪的工业革命极大地推动了科学技术的进步和社会生产力的发展。

与金属材料和有机高分子材料比较，陶瓷材料的高强度、高硬度、耐腐蚀和化学性质稳定等特性使得它在机械、冶金、化工、航天航空等领域有着广阔的应用市场。

而陶瓷材料在热学、光学、磁学和电子学等方面所表现的特殊性能则构成了功能庞大的家族，为电子技术、传感技术和生物技术等现代高新技术的发展做出了重要贡献。

然而，陶瓷这一传统工业比其他新兴工业发展相对较慢，一方面是由于制造陶瓷的原料大多为天然矿物，在不同地区甚至同一地区原料的组成，结构和性能千差万别，对其认识主要是经验性的，而缺乏通用性和科学认识。

另一方面，陶瓷成型的技术性很强，难以机械化和自动化生产。

总之，传统陶瓷工业发展缓慢的根本原因是其组成—结构—性能之间的关系非常复杂，还有传统工艺技术上的垄断和保守。

一. BaTiO3陶瓷的晶格结构简介钛酸钡是属于典型的钙钛矿型晶体结构，其通式为ABO3。

纳米钛酸钡BaTiO3（立方相和四方相）在电子陶瓷行业的应用

纳米钛酸钡BaTiO3（立方相和四方相）在电子陶瓷行业的应用钛酸钡(BaTiO3)是BaO-TiO2体系中经典的铁电化合物，典型钙钛矿型结构晶体，具有良好的介电和铁电特性，是电子陶瓷元件的基础母材，广泛应用于制作体积小、容量大的微型电容器和温度补偿元件，也用来制作非线性元件、介质放大器、电子计算机记忆元件、陶瓷敏感元件、微波陶瓷及压电陶瓷，多层陶瓷电容器、热敏电阻器、电光器件和动态随机存储器等方面，是电子功能陶瓷器件的基础原料，因此被广大学者和生产厂家称为电子陶瓷产业的支柱。

钛酸钡晶胞结构为立方相和四方相。

纳米钛酸钡的压电效应。

铁电性是指晶体能够发生自发极化，且自发极化方向随着外加电场方向变化而变化的一种性能。

基于钛酸钡良好的铁电性能，可用于铁电随机存取存储器、铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存储器等方面。

1、钛酸钡用于多层陶瓷电容器多层陶瓷电容器又称为独石电容器，是当今世界上使用量最大的片式电子元器件，具有电容量大、外形尺寸小、良好的密封特性等。

MLCC作为基础的电子元件，在移动通信、家用电器、汽车电子、航空军工等领域得到非常广泛的应用。

近年来随着电子器件小型化的发展，MLCC的介质层厚度在不断减小且介质层数量在不断增加，含有500层以上且每层厚度为2μm的MLCC多层陶瓷电容器已经被研制出。

MLCC如此快速的发展必将导致市场对其原料提出更高的要求，其中钛酸钡粉体是制备MLCC的基础原材料之一，市场份额约占在60%-70%，因此对钛酸钡粉体的改良尤为重要。

为了制备更薄性能更佳的介质层，高纯纳米级单分散钛酸钡粉体的制备方法成为国内外学者所关注的热点。

2、钛酸钡用于正温度系数热敏电阻具有正温度系数的热敏电阻器件几乎在所有工程领域都得到广泛的应用。

制作PTC热敏电阻器通常采用钛酸钡陶瓷材料，具有铁电性的半导体化钛酸钡，当温度达到居里点T c时，它由四方相转变为立方相，此时电阻率跃增几个数量级，PTCR就是根据这个特性制作的。

晶粒尺寸对细晶钛酸钡陶瓷介电、压电和铁电性能的影响

晶粒尺寸对细晶钛酸钡陶瓷介电、压电和铁电性能的影响黄咏安;路标;邹艺轩;李丹丹;姚英邦;陶涛;梁波;鲁圣国【摘要】以采用水热法制备的BaTiO3粉体作为原料,利用普通烧结法和两步烧结法制备出晶粒尺寸为0.25~10.15μm的BaTiO3陶瓷,研究了晶粒尺寸效应对BaTiO3陶瓷的介电、压电以及铁电性能的影响.结果表明:BaTiO3陶瓷的四方相含量随着陶瓷晶粒尺寸的增大而增加;当晶粒尺寸在1μm以上时,室温相对介电常数(ε')和压电系数(d33)随着晶粒尺寸的减小而增大,并在晶粒尺寸为1.12μm时分别达到最大值5628和279 pC/N,然后两者随着晶粒尺寸的进一步减小而迅速下降.BaTiO3陶瓷的剩余极化强度Pr随晶粒尺寸的增大而提高,而矫顽场Ec却呈现出相反的趋势.晶粒尺寸对介电性能和压电性能的影响是由于90°电畴尺寸和晶界数量的变化.晶粒的晶体场和晶粒表面钉扎作用的变化影响了电畴,进而改变电滞回线.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2018(033)007【总页数】6页(P767-772)【关键词】钛酸钡;晶粒尺寸;两步烧结;介电;压电;铁电【作者】黄咏安;路标;邹艺轩;李丹丹;姚英邦;陶涛;梁波;鲁圣国【作者单位】广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省智能材料和能量转化器件工程技术研究中心,广东省功能软凝聚态物质重点实验室,广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TQ174钛酸钡(BaTiO3)因为具有优良的介电、压电以及铁电性能而被广泛应用于多层陶瓷电容器、铁电存储器、传感器和电光器件等, 是电子功能陶瓷中最重要的材料之一。

BaTiO_3陶瓷的晶粒壳-芯结构与畴

BaTiO_3陶瓷的晶粒壳-芯结构与畴
宋祥云;陈大任;马利泰;温树林;殷之文;李小江;朱源泰
【期刊名称】《硅酸盐学报》
【年(卷),期】1992(20)3
【摘要】用分析电镜和高分辨电镜观测了BaTiO_3电容器陶瓷的晶粒壳-芯结构与铁电畴。

首次发现本实验的BaTiO_3陶瓷的晶粒壳-芯结构由Nb原子的不均匀分布而形成。

晶粒芯为贫Nb的铁电相区,而晶粒壳处由富Nb的顺电相组成。

并且,壳-芯晶粒含量和壳-芯区域的大小与BaTiO_3陶瓷的性能可能存在一定关系。

研究结果表明,壳-芯边界不同于通常晶粒边界结构,而在铁电畴的畴界处,存在一维方向几埃到数十埃的原子紊乱过渡区。

【总页数】6页(P256-261)
【关键词】铁电陶瓷;钛酸钡;铁电畴;晶格象
【作者】宋祥云;陈大任;马利泰;温树林;殷之文;李小江;朱源泰
【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所;南京大学信息物理系;华东化工学院无机材料系
【正文语种】中文
【中图分类】TM534.1
【相关文献】
1.粗晶粒BaTiO_3陶瓷的微观结构及电学性能 [J], 李伟;徐志军;初瑞清;付鹏;郝继功
2.BaTIO3晶粒壳—芯界面与畴界的HREM研究 [J], 宋祥云
3.掺杂中温烧结BaTiO_3陶瓷的壳－芯结构与组成、工艺的关系 [J], 杨传仁
4.粗大晶粒PZT陶瓷中电畴的结构 [J], 戴林杉;包生祥;曾慧中
5.BaTiO_3晶粒壳-芯界面与畴界的HREM研究 [J], 宋祥云;马利泰;温树林
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

BT球磨时间对陶瓷晶粒尺寸的影响

实验三BaTiO3球磨时间对陶瓷晶粒尺寸的影响一、实验目的1.学习和掌握球磨机理；2.了解BaTiO3球磨时间对陶瓷晶粒尺寸的影响；3.了解BaTiO3微观结构对电学性能的影响。

二、实验原理BaTiO3基中高压陶瓷电容器是彩色电视机、激光器、雷达、电子显微镜等各种测试仪器的倍压电源电路、交流电断路器等中高压线路的关键元件之一。

制备BaTiO3陶瓷时，合成的BaTiO3粉体的质量对于最终陶瓷材料的性能有很大的影响。

合成BaTiO3粉体的方法有很多种，如固相法、水热法、化学沉淀法等，但在我国目前最常见、最经济可行的方法是固相法，即将TiO2和BaCO3粉体经混合球磨后，在一定的温度下于一定的时间烧块合成BaTiO3粉体，之后按照一定的化学组成，造粒压片，最终经固相烧结后制得陶瓷样品。

BaTiO3粉体的晶体结构、分散度、杂质成分以及均匀性大大影响着BaTiO3陶瓷的电性能。

因而如何提高在制备BaTiO3陶瓷的工艺过程中的均匀性，包括Ba/Ti（摩尔比）、粘接剂分布、粉体颗粒度分布、坯体密度分布等参数，是广大科技工作者，尤其是工厂、企业，积极探求和研究的热点问题。

三、仪器与试剂1．仪器球磨机、小型振动粉碎机、电阻炉、粒度分析仪、粒度分析仪、电容测量分选仪2．试剂纯TiO2（金红石型）、BaCO3等粉体四、实验步骤1. 实验原料采用工业纯TiO2（金红石型）、BaCO3等粉体。

按原料：磨球∶水=1∶1∶1进行配料，在一定的转速下进行球磨。

再将磨好的浆料烘干，然后烧块合成。

将合成的BaTiO3团块用小型振动粉碎机粉碎后，研磨称粉，再加入小料（CaSnO3、MnCO3、ZnO、CaZrO3、MgTiO3、Al2O3、SiO2等），球磨24h后，烘干，制备的粉体造粒，并干压成直径为13mm、厚为2mm的圆片。

在电阻炉中在一定的温度下烧成。

2. 制得的BaTiO3粉体采用粒度分析仪测定粒度及粒度分布；对制得的BaTiO3陶瓷分别采用50kV粒度分析仪进行耐压测试、采用电容测量分选仪测定电容器的介电常数及介质损耗（温度范围为-25～85℃）。

BaTiO_3陶瓷的PTC效应

y BaT iO 3陶瓷的PT C 效应莫文玲1, 张庆军2, 胡林彦3, 沈毅2(1.河北理工大学信息学院,河北唐山 063009;2.河北理工大学材料学院,河北唐山 063009;3.中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连 116023)摘要:对不同掺杂的BaT iO 3基陶瓷的电性能、界面形态、氧元素分布特点以及电畴结构等进行研究发现:瓷体半导化速度很快,烧成温度是影响瓷体半导化速度的最重要因素;氧在晶粒晶界的偏析,并且对势垒的形成有重要作用;样品掺杂的元素不同,电畴结构会发生一定变化,畴结构和电阻起跳性存在一定关系.关键词:PT C 效应;晶界;BaT iO 3陶瓷;电畴中图分类号:T Q 174 文献标识码:A 文章编号:1000 5854(2006)04 0419 04材料的微观结构决定材料的性能,对PTC 材料微观结构和PT C 机理的研究是PTC 陶瓷材料发展的关键.瓷体的半导化进程[1]、晶界的性质[2,3]和畴结构[4~6]等对陶瓷性能有着至关重要的影响.要想深入研究PT C 机理,必需首先对陶瓷的半导化、势垒的形成以及影响半导化和势垒的因素进行研究.本文中,笔者通过系统的实验和电子显微镜能谱分析对上述内容进行了较为细致的研究,并且在实验的基础上得到一些有意义的结论.1 实验分析与讨论1.1 晶粒半导化过程制备施主掺杂量较高的BaTiO 3基系列陶瓷,瓷体的制备工艺流程如图1所示.施主选择Y 2O 3,受主选择MnO 2.不同施、受主掺杂量样品的室温电阻如图2所示.可见,随着掺杂量的不同,陶瓷的室温电阻波动很大,但当施主Y 2O 3掺杂量在1.10%~1.35%之间、受主M n 掺杂量在0.07%时,可以得到室温电阻普遍较低的陶瓷样品,其室温电阻最低可达35 .试验还表明一个趋势,随着施主掺杂量的增加,要想得到室温电阻低的样品,需同时增加受主的掺杂量,说明施主和受主是2个互相制约的因素,只有它们的含量匹配合适,才能得到室温电阻低的陶瓷材料.烧成M n 掺杂量为0.07%、不同Y 2O 3掺杂量的试样,烧成温度为1300 ,不保温且急冷.测定电阻,得到阻温曲线如图3所示,可见,当Mn 掺杂量为0.07%,Y 2O 3掺杂量为1.20%时,材料的PTC 特性最好.室温电阻曲线(图2)表明,该试样的室温电阻为112 ,尽管不是这组试样中最低的,但室温电阻值很小说明材料已经充分半导化.该组试样在10%FH 中腐蚀6min 后的显微形貌如图4所示,可以看出,样品的结晶比较规则,晶粒大小比较均匀,晶粒呈柳叶状,形成簇状结晶.与保温的试样相比,该试样晶粒上看不到明显的晶棱,说明虽然晶粒有一定的体积,但其结晶并不完整.所以,对于高掺杂量的陶瓷,没有高温阶段的保温可以得到室温电阻较低的瓷体,但由于结晶不好,瓷体的PTC 性能不可能太好.y 收稿日期:20060227基金项目:国家自然科学基金资助项目(50444019);河北省自然科学基金资助项目(E2005000433)作者简介:莫文玲河北理工大学副教授,硕士,主要从事材料物理方面的研究.第30卷第4期2006年 7月河北师范大学学报(自然科学版)Jour nal of Hebei Normal U niversit y (N atural Science Edition)Vol.30No.4Jul.2006实验表明,陶瓷的半导化应该是热力学控制的过程,与烧成温度密切相关,且半导化的反应速度很快,只要温度能够达到半导化反应的要求,使半导化反应能克服反应的势垒,陶瓷体就能很快半导化;而其电阻起跳性差则说明PTC 效应来源于高温和降温阶段物质在晶界的聚集,这个过程的进行相对缓慢,应该属于动力学控制的过程,需要在高温和降温阶段的适当温度下进行一定时间的保温.1.2 晶界氧元素选择具有良好PTC 性能的陶瓷试样,对其晶界微区和晶粒内部微区进行透射电镜能谱分析,加速电压为200kV,得到2个区域的能谱曲线,如图5所示.可见,晶界和晶粒内部成分的显著差别是氧含量不同,晶界氧含量为10.46%,晶粒内部氧含量为4.00%.图谱分析表明,晶界的氧含量明显高于晶粒内部,甚至超过了施主受主含量的总和.所以,对于属于晶界效应的PTC 效应来说,氧对陶瓷晶界的电性能具有重要的影响.这些氧可能的来源有3个:晶粒氧挥发,通过半导化过程从晶粒内部脱离出来;高温烧成时空气中的氧对晶界杂质的氧化;具有高表面能的晶界对氧的吸附.此外还发现,晶界的Ba 含量要比晶粒内部小,这可能是由于晶界Ba 的缺位浓度大造成的.1.3 氧对晶界势垒的影响对瓷体进行能谱分析表明,氧元素在晶界的分布远远超过晶粒内部.氧带负电荷,分布在晶界上,形成层状结构:负电荷聚集在界面中心,周围是正电荷,这些正电荷是偏析在晶界的受主等阳离子杂质,它们以晶界为中心对称分布.正、负电荷的数量相差很小,保持了界面的电中性.电中性的界面对载流子阻碍很小,宏观上不显现出电导势垒的存在.电导势垒很小,陶瓷体的电阻也较小,这样可以很好地解释低于居里温度时瓷体电阻很低的现象.文献[7]表明,钙钛矿结构氧化物温度升高时能释放出部分氧,温度降低时又能把氧吸收回去,即氧呼吸现象.在多次循环过程中基本晶格结构不会破坏,这与PT C 陶瓷的PTC 特性相同.随着温度升高,420河北师范大学学报(自然科学版)第30卷瓷体电阻增大,随着温度回落,瓷体的电阻又降低,这样的循环可以重复进行,而瓷体的结构不被破坏.图6 掺Y 样品的电畴形貌1.4 电畴形貌施主掺杂BaTiO 3半导材料的PTC 效应与电畴结构密切相关.对试样进行TEM 观察,可以看到,电畴的形貌及空间分布很复杂,不仅单晶内多畴,即使在多晶内部也是多畴交错.对不同掺杂种类的瓷体进行观察,发现掺杂物不同,电畴的形貌也不同.Y,M n 掺杂的样品,电畴形貌如图6所示,样品中有大量的90 电畴,180电畴则较少,电畴呈鱼骨状.图6a 为晶粒内部较大面积的90 畴,部分畴的条纹呈W 形,这样的电畴之间的交角偏离了90 ,可以形成其他角度的电畴.图6b 为宽度较大的电畴,形成梭形的并排结构,其相邻区域没有其他畴结构.Sr,Cu 掺杂的样品,电畴的形貌呈正交网格状(如图7所示),180 电畴的量增多.图7a 是晶粒表面上的电畴,电畴的发育比较规则,有一定宽度,互相平行的90 畴构成一小区域,不同小区域的畴互相交叉,交角为90 .图7b 是晶粒内部的电畴,90 畴同样形成不同的小区域,相邻2个小区域的电畴在交界处互相垂直,构成直角框架式的结构,2个晶粒的电畴可以在晶界处相交,构成180 畴.研究表明,90 电畴的结构与降温速度、陶瓷的缺陷和杂质有很大关系[8].不同离子的半导掺杂,由于离子尺寸不同,会造成不同的应变和应力,导致畴结构出现差别.不同畴结构对电子迁移的阻力不同.图7 掺Sr 样品的电畴形貌通过对试样电性能的对比测试发现,正交网格状的畴结构有利于陶瓷的电阻突跳(如图8所示,其中a 为Sr,Cu 掺杂的样品,b 为Y,M n 掺杂的样品).对晶界进行选区电子衍射(SAD),发现衍射图中(图9)同时具有非晶斑和单晶斑,说明晶界区存在玻璃相.从单晶斑点的排列来看,同一方向的排列间距有微小差别,且单晶斑点的强度也出现差别,说明衍射图中并不单单存在一套格子排列,而是在晶界形成了一种规则的多晶层状结构.421第4期莫文玲等:BaT iO 3陶瓷的PT C 效应3 结论陶瓷的半导化为热力学控制的过程,只要温度能够达到半导化反应的要求,陶瓷体就能很快半导化;而PTC 效应则来源于晶界的形成,这个过程相对较慢,属于动力学控制的过程.晶界和晶粒内部成分的最大差别是氧含量,晶界的氧含量明显高于晶粒内部,且超过施主及受主含量的总和.PTC 效应属于晶界效应,氧对陶瓷晶界的电性能具有重要的影响.陶瓷中掺杂物不同陶瓷电畴的形貌也不同.Y,M n 掺杂样品的电畴呈鱼骨状,Sr,Cu 掺杂样品的电畴呈正交网格状.正交网格状的畴结构有利于陶瓷的电阻突跳.参考文献:[1] DESU S B.Interfacial effects in perovskites [J].Key Eng ineering M aterials,1992,66 67:375 420.[2] HEY WAN G W.Resistiv ity anomaly in doped bor ium titanat e [J].J A m Ceram Soc,1964,47(10):484.[3] 赵世玺,刘韩星.钛酸钡陶瓷晶界结构、偏析与性能[J].功能材料,2000,31(3):233 236.[4] ROSEM AN R D.Hig h temperature pding effects o n conducting barium titanate cer amics [J].F er roelectrics,1998,215:31 45.[5] BU CHANA N R C,KI M J,RO SEM AN R D.M icrost ructural effects on conductiv ity in donor do ped BaT iO 3[J].Ferroelectrics,1996,177:255 271.[6] L IU Gao sheng,R OSEM AN R D.T emperatur e and voltage effects on microstructure and electrical behavio r of donormodified BaT iO 3[J].F er roelectrics,1999,221:181 185.[7] 刘清青.SrF eO 3-x 的高温氧吸附等温线[J].郑州大学学报,2000,32(2):44 46.[8] 黄庆,高廉,曲远方.BaT iO 3基PT C 陶瓷低阻化新途径与显微分析[J].硅酸盐学报,2003,31(8):738 740.Mechanism of PTC EffectMO Wen ling 1, ZHANG Qing jun 2, HU Lin yan 3, SHEN Yi 2(1.College of Information,Hebei Polytechnic University,Hebei T angshan 063009,China;2.College of M aterial s,Hebei Polytechnic University,Hebei Tangshan 063009,China;3.Dali an Institute of Chemical Physics,Ch i nese Academy Sciences,Liaoning Dalian 116023,China)Abstract :The electrical property,interface morphology ,the distribution of ox ygen and dom ain of ce ramic materials w ith different donor doped w ere studied in this paper and the results indicated that ceramic semiconducting w ere very fast and the most important factor to affect ceramic semiconducting career was sinting temperature;ox ygen w as segregated in crystal boundary and this w as important to form barrier;do main structure varied when different elements w ere adulterated;domain and the resistance jumping property w ere related.Key words :PTC effect;crystal interface;BaT iO 3ceram ic;domain (责任编辑刘新喜)422河北师范大学学报(自然科学版)第30卷。

BaTiO3 铁电体陶瓷

2 2 3
3 r0 ) ( r r0 )] [
2 2
2 3
3 r0 ] }
2
1 2

r r0

6 2
1 0 .2 2 5
上述配位多面体称为四面体,这种间隙称为四配
位空间或四配位位置
(3)六球形成的空间
2 ( r0 r ) ( 2 r0 ) ( 2 r0 )
2 2
Pb(ZrxTi1-x)O3、 PbTiO3( 经极化的烧结体或薄膜)
电子陶瓷的典型材料及应用示例
电光陶瓷 Pb1-xLax(ZryTi1y)O3(透明致密烧结体) PbTiO3(经极化烧结体或薄膜) 电控光开关、光调制器、光存储器、强激光或核闪光护目镜红外探测器、非致冷焦平面红外热成像阵列、红外瞄准镜
热释电陶瓷
电致伸缩陶瓷
电致变色陶瓷导电陶瓷
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(膜状多层)
WO3、NiO(多晶或非晶薄膜)
高分辨率高精度微位移驱动器
可见光，近红外，红外调制机敏窗口及屏幕显示高能量密度钠硫电池隔膜， HTFC燃料电池隔膜，氧传感器、磁流体发电(MHD)高温电极，固体氧化物燃料电池 (SOFC)阴极
集成电路 ( IC) 衬底、微波大功率器件散热支撑件、多芯片组装(MCM)用基板及封装高比容电容器、射频高功率电容器、抗电磁干扰滤波器
微波、毫米波介质谐振器 (DRO)、微波电路基片、介质波导及微波天线铁电阴极、非易失性抗辐射铁电随机存储器(FRAM)
微波陶瓷
铁电陶瓷
1）鲍林第一规则—配位多面体规则（几何角度） 2）鲍林第二规则—电价规则 3）鲍林第三规则一多面体组联规则 4）鲍林第四规则一高价低配位多面体远离法则 5）鲍林第五规则一结构简单化法则（节约规则）

BaTiO3-Yb2O3-MgO系陶瓷居里点移动机理研究

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第３卷第４０期２Ｏ年８Ｏ８月
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