BiFeO3-SrBi2Nb2O9陶瓷的表征及复阻抗研究.pdfVIP

长江大学学报 (自科版)理工卷 2007年1z月第4卷第4期 Journal of Vangtze University(Nat Sci Edit)SciEng V Dec．2007。Vo1．4 No．4 BiFeO3-SrBi2 Nb2 O9陶瓷的表征及复阻抗研究 黄 海 ，韩立波 (长江大学物理科学与技术学院，湖北荆州424023) 顾豪爽 (湖北大学物理学与电子技术学院，湖北武汉430062) [摘要]对单相层状钙钛矿结构的xBiFeO。一(1一 )SrBi。Nb2O ( =0，0．1)陶瓷进行了表征和复阻 抗分析。结果表明，BiFeO。的掺入降低了SBN的烧结温度，陶瓷晶粒尺寸减小，致密度提高；在较高温 度时，SBFN的电学响应主要来源于晶粒效应，而SBN的电学响应则是晶粒效应、晶界效应和电极与介 质界面效应的共同作用。 [关键词]陶瓷；层状钙钛矿结构；烧结温度；晶粒尺寸}致密度；阻抗谱 [中图分类号]TB303；TQ174．11 [文献标识码]A [文章编号]1673—1409(2007)04一N043—03 铁电材料在非挥发性存储器方面有潜在的广阔应用前景，特别是以Pb(Zr=Ti ． )O。(PZT)为代表的 一 大类具有优良铁电性能的材料，不仅是基础理论的研究热点，而且在某些方面已经实用化，比如PZT电 容器、热释电探测器、红外传感器等。但是，这类材料在经过1O ～1O。的极化反转后将产生疲劳效应，使 其铁电性能明显降低。另外，随着全社会对环境问题的日益重视，含铅压电铁电材料很快将没有生存空 间，人们对新型无铅压电铁电材料的需求日益迫切，这对PZT系压电铁电材料是一个严峻的挑战[1]。 铋层状钙钛矿结构材料SrBi。Nb。O。(SBN)是目前广泛研究的一种替代PZT和PZT基的候选材料铁 电存储器材料，具有良好的耐疲劳特性，较高的居里温度，且不含铅等优点[2--43。Gu等 已采用高能振动 技术制备xBiFeO3-(1一 )SBN固溶体陶瓷，降低了SBN的烧结温度，大大改善了介电性能。笔者在文 献[6]的研究基础上，对单相层状钙钛矿结构的xBiFeO。一(1一 )SrBi。Nb。O。( 一0，0．1)陶瓷进行了表 征和复阻抗分析。 1 实 验 1．1 样品制备 采用传统的固相烧结工艺制备陶瓷样品，试验选用纯度为99 的SrCO3、Bi。03和纯度为99．99 的NbzOs、Fe20s原料，按x—O，0．1的化学计量比称量，其中Bi。o3过量3．0(wt) ，主要是补偿 在烧结过程中BizO。的挥发。这些氧化物在水中湿法球磨4h，经烘干，SBN在 770℃，xBiFeOs一 (1一 )SBN( 一O．1)(SBFN)在730℃保温2h预烧合成基料；基料合成后，再用玛瑙球细磨5h， 150℃烘干，在200MPa的压力下干压成直径约10mm，厚约lmm的圆片；在密闭的坩埚中，SBN在 1050℃保温0．5h，而SBFN在950℃保温0．5h，烧结制成待测样品。 1．2 样品表征与测试 采用德国NETZSCH公司产综合热分析仪进行热分析，测定气氛为静态空气，升温速率为 10C／min；采用日本理学D／max一3c型X射线衍射仪测定陶瓷样品的晶体结构；用日本JOEL公司 JSM一5610LV型扫描电镜观察样品断面形貌；磨片烧渗银电极，然后用Solartron Semi—insulation(SI) 1260型阻抗分析仪测定样品的阻抗谱，测试的温度范围为100~700℃，测试频率范围为10~107Hz。 2 结果与讨论 2。1 DTA曲线 图1为SBN和SBFN在空气气氛下升温速率为10C／min的DTA曲线图。由图1可见，两种材料呈 [收稿日期]2007一O6一z7 [基金项目]国家自然科学基金项目 ；湖北省教育厅重点项目(Z2oo612ooi)。 [作者简介]黄海(198o一)。男。2002年大学毕业。硕士。现主要从事功能陶瓷与薄膜方面的研究工作。 长江大学学报 (自科版)理工卷 2007年l2月 现大致一样的变化趋势：热分解主要发生在 100～400~C之间，对 应着原料的脱水阶段和物理吸附的脱附；600～800~C左右对应着 固溶体的合成阶段。对于SBN，150~C存在着一个吸热峰，对应着 原