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钨青铜结构复合氧化物具有优异的铁电、压电、热释电、非线性光学等性能,在声表面波滤波器、谐振器、光波导、光调制器和红外探测器等电子元器件领域具有广泛的应用前景。同时该体系材料也是介电材料家族中一个十分重要的成员,具有良好的组成、结构和功能特征。鉴于钨青铜结构的材料具有较好的结构相容性与组成可调性,可以通过掺杂或置换的方法来改善材料的性能。根据钨青铜结构的特点,本实验对氧八面体内、外阳离子的组合进行设计,分别制备了Al系列铌酸盐陶瓷和Fe系列铌钽酸盐陶瓷,并对它们的结构与介电性能进行了研究。
本研究采用固相合成法制备了两个系列的钨青铜结构陶瓷,采用X射线衍射分析(XRD),扫描电子显微镜分析(SEM)及介电性能测试等方法对它们的结构,形貌及介电性能等性质进行了表征,结果表明：Al系列的Ba6AlNb9O30和Ba4Ln2Al2Nb8O30(Ln=La,Pr,Nd,Sm)铌酸盐陶瓷为纯相,属于四方钨青铜结构,随着Al位阳离子(Ln=La,Pr,Nd,Sm)的迁入(即稀土离子的掺杂),介电常数呈降低的趋势。在高温下,它们都显示出异常介电峰,其中Ba6AlNb9O30和Ba4Sm2Al2Nb8O30的介电峰具有弛豫特性。对于Fe系列的Ba4Ln2Fe2Nb2Ta6O30(Ln=La,Nd,Sm,Eu)和Ba4Gd2Fe2Nb8-xTaxO30(x=2,4,6,8)铌、钽酸盐陶瓷,它们的XRD数据可以进行指标化,该体系陶瓷属于四方钨青铜结构,具有良好的烧结性能。在Ba4Ln2Fe2Nb2Ta6O30(Ln=La,Nd,Sm,Eu)中,Ln=Eu掺杂时得到了最高的介电常数～109(1MHz),同时具有相对较小的介电损耗～0.0421(1MHz)。Ba4Gd2Fe2Nb8-xTaxO30(x=2,4,6,8)系列陶瓷在室温以上属于顺电相,低温下具有较低的介电温度稳定常数,高温时则具有与介电弛豫相似的介电异常峰。通过对弛豫时间的分析,该系列陶瓷的激活能Ea分别为0.77,1.11,1.26和1.02eV,同样,可以得出ω0分别为0.9×1011,2.1×1012,1.02×1013和1.1×1012,其值都接近于氧空位的激活能和晶格振动频率,故认为该化合物的高温介电异常现象是由氧空位造成的。随着Ta取代Nb的含量的增加,Ea和ω0值都在不断增大,而其相对应的氧空位在不断减少,符合氧空位浓度减小而激活能较大的规律。