六方层状类钙钛矿铌钽酸盐陶瓷的制备、结构与介电性能研究

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本论文的主要目的是探索新型类钙钛矿结构的铌、钽酸盐微波介质材料。随着信息技术的加速发展,移动通信系统开始向高频化、小型化、集成化、高可靠性方向发展。作为一类高性能介电材料,微波介质陶瓷逐步地成为了现代通信技术中的关键基础材料,它的应用越来越受到人们的重视。 考虑到现已实用化的高介电常数BLT材料,Q·f值较小,随频率的提高,Q降低,不能满足高可靠性的要求;而中等介电常数材料体系如BaTi4O9,Ba2Ti9O20,(Zr,Sn)TiO4介电常数偏低,而且性能不容易控制,在保持Q值不降低的前提下,很难满足进一步小型化的需求。因此介电常数介于50y~90,Q·f值达到40000以上,主要应用于4-8GHz等高性能的微波介质陶瓷新材料体系不仅在科学研究而且在实际应用上具有重要的价值。 值得注意的是业已开发出来的材料不论是复合钙钛矿Ba(X,Y)O3,(X=Mg,Zn,Co,Ni,Mn;Y=Nb,Ta)还是钨青铜结构,它们都是由氧八面体共顶连接,而且氧八面体内(B位)、外(A位)阳离子比例都等于或略大于1,因此,我们推测在B位与A位阳离子比例略小于1的类钙钛矿结构中极有可能存在具有优良介电性能的新材料。 本论文中首先采用高温固相法合成了AnBn-1O3n(n=5)系列类钙钛矿新化合物Ba4LaTiNb3O15,Ba3La2Ti2Nb2O15,Ba4NdTiNb3O15,Ba3Nd2Ti2Nb2O15和Ba4LaTiTa3O15。并通过扫描电镜(SEM)形貌分析、X射线衍射分析(XRD)和电子探针(EPMA)分析及化学分析,获得了这些化合物的结构,结果显示,它们都是六方层状结构。同时获得了精修的晶胞参数及指标化X射线粉末衍射数据。其次,对比研究了新铌、钽酸盐陶瓷Ba4LaTiNb3O15,Ba3La2Ti2Nb2O15,Ba4NdTiNb3O15,Ba3Nd2Ti2Nb2O15和Ba4LaTiTa3O15的介电常数—温度特性,以及室温下的介电损耗—频率特性。证实了它们具有良好的介电性能。最后,运用Clausius-Mosotti方程结合离子极化率计算了该系列铌、钽酸盐陶瓷的介电常数,并同实验结果进行了对比分析。 该类化合物由于A、B位均可能被电价与半径不同的阳离子在较宽的范围内取代,所以其介电性质有较大范围的调节与优化的可能性,因此从该类化合物中极有可能开发出具有广泛应用前景的新型高性能微波介质陶瓷材料。
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