论文部分内容阅读
本论文选择(Bi<,1.5>Zn<,0.5>)(Nb<,0.5>M<,1.5>)O<,7>(M=Ti、Sn、Zr、Ce)(四种样品分别简称为BZNT、BZNS、BZNZ、BZNC)四元系Bi基焦绿石结构固溶体为研究对象，采用传统陶瓷固相反应法制备了BZNM体系焦绿石介电陶瓷样品。为了探索该系列样品的微结构信息，首次采用两种非常规的分析手段一同步辐射X射线衍射Reitveld结构精修和扩展X射线吸收精细结构方法研究它们微结构的变化。通过对样品温谱、频谱等的分析，讨论了烧结温度、电场频率、外界温度与BZNM陶瓷介电性能的关系；讨论了四种B位取代离子的半径、离子势、极化率对BZNM陶瓷介电性能的影响。
Reitveld结构精修被用来探索BZNM陶瓷的晶格结构随不同B位取代离子的变化。四种样品的O′(8b)离子占有率降低说明样品中A<,2>O′网络结构中出现了一定量的氧离子空位。O(48f)离子发生了定向偏移，说明BO<,6>八面体几何形状发生改变。四种样品结构中B<,2>O<,6>网络子结构随B位取代离子不同发生了小幅扭曲，而A<,2>O′网络子结构则可能较大程度的偏离了原焦绿石理想结构。
同步辐射扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)的研究则表明BZNM陶瓷A位Zn离子的EXAFS函数存在较大的差异，这种差异来源于样品Zn离子周围局域精细结构的有序无序转变。结构拟合的结果显示，BZNT和BZNS样品中Zn离子的配位数较理想焦绿石结构中的配位数有所降低，且BZNT样品的配位数减少较多；BZNZ和BZNC样品中zn离子的配位数接近理想焦绿石结构A位离子的8配位。BZNT、BZNS样品的无序因子比BZNZ、BZNC样品略大并且Zn-O′键与Zn-O键的键长差值较大。这表明BZNT、BZNS样品中Zn离子周围的局域结构扭曲程度较大，比 BZNZ、BZNC样品存在更多的离子空位等结构缺陷。
烧结制度的研究表明(Bi<,1.5>Zn<,0.5>)(Nb<,0.5>M<,1.5>)O<,7>(M=Ti、Sn、Zr、Ce)陶瓷的最佳烧结温度分别为1080℃、1040℃、980℃、920℃。
介电性能的研究表明，BZNT样品比其它样品具有极高的介电常数和更低的损耗，BZNM陶瓷的介电常数与损耗的相对大小为ε<,BZNT>＞ε<,MBZNZ>＞ε<,BZNS>＞ε<,BZNC>，tanδ<,BZNT>。极化电场与外界温度对四种样品的介电常数与损耗产生综合性影响。当电场频率低于100kHz时样品的介电常数与损耗值均随温度增大而明显上升；当频率达到1000kHz时各样品的介电常数与损耗随温度变化不再明显。四种样品的介电温度系数差别很大，它们的介电温度稳定性不同。不同的B位取代离子对BZNM陶瓷的介电性能产生不同程度的影响。这是因为各样品B位加权离子半径不同，使焦绿石结构中B06八面体结构产生不同程度的扭曲，导致晶体结构内部空间自由度改变影响了样品内部的极化强度；从取代离子的性质上分析，这与各取代离子的离子极化力和离子变形性有关。特别是阳离子的变形性造成的离子间电子的相互作用对样品内部极化的影响不可忽视。