铋系化合物改性的新型三元弛豫铁电体的性能研究

• Published in: 人工晶体学报 Vol. 51; no. 3; pp. 411 - 418
• Main Authors: 黄江峰, 王涛, 王凤华, 何志兴, 陈哲, 黄音博, 吴文娟
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 成都信息工程大学光电工程学院,成都 610225 2022
• Subjects: BaTiO3基陶瓷;(Sr0.7Bi0.2)TiO3;固相法;弛豫铁电体;介质电容器;介电性能;铁电性能;储能
• ISSN: 1000-985X
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-985X.2022.03.005

TQ174.1; 钛酸钡(BaTiO3)陶瓷作为传统的介质电容器材料,其强铁电性会导致储能密度低下,但通过掺杂可以削弱铁电性来获得弛豫铁电体,提高储能性能.利用铋系化合物可增强弛豫特性,本文设计了BiScO3和(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代改性的BaTiO3基三元陶瓷材料:(0.99-x)Ba(Zr0.1Ti0.9)O3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3-0.01BiScO3(缩写为BZT-xSBT-BS).采用传统固相法制备的BZT-xSBT-BS陶瓷,相结构没有因为掺杂发生改变,在室温下均为纯的三方相钙钛矿结构.介电和铁电的测试与分析表明,BZT-xSBT-BS陶瓷具有典型的弛豫铁电特性.由于不等价离子Sr2+、Bi3+的掺杂导致界面松弛极化,可以增大BZT-xSBT-BS陶瓷的介电常数,但是受制于其慢的响应速度,陶瓷的介电损耗也显著增加.适量(Sr0.7 Bi0.2)TiO3可以提升BZT-xSBT-BS陶瓷的介电、铁电、应变和储能性能,x=0.015时的BZT-xSBT-BS陶瓷的综合性能较优:εr～10372,tanδ～0.019,Pmax=16.42μC/cm2,Ec=1.41 kV/cm,S+max=0.12％(@40 kV/cm),WD=0.181 J/cm3,η=80.4％(@60 kV/cm).