CaCu3Ti4O12陶瓷的制备、介电性能及其薄膜的脉冲激光沉积

论文摘要

本文通过固相反应合成法、经二次预烧结(1000℃、8h)合成了CCTO单相粉末，再经高温烧结得到了较高致密度的CCTO陶瓷材料；研究了烧结工艺(烧结温度、保温时间)和CCTO中Cu含量、掺杂MgO或SiC对其结构和介电性能的影响，结果表明：烧结温度的升高、保温时间的延长均会提高试样的致密度及晶粒大小，从而使其介电常数增大、介电损耗降低。烧结温度为1100℃时，1MHz下其介电常数及介电损耗分别为6030、0.317；保温72h的试样，1MHz下介电常数、介电损耗分别为11880、0.250。CCTO中Cu含量的改变、SiC的掺杂均会得到晶界处有夹杂的晶相结构，影响晶界的绝缘性，从而降低试样的介电损耗。Cu含量3.2的试样1MHz频率下为0.2974；SiC掺杂含量0.5wt％的试样1MHz条件下介电损耗为0.2351。而由于MgO会以受主掺杂的方式渗进晶格，因此对CCTO陶瓷的物相没有明显的影响，可获得晶界清晰无夹杂的晶粒结构。当MgO掺杂含量为5.0mol％时、1MHz条件下可将试样的介电损耗由0.3463降至0.2869。以致密度90.2％的CCTO陶瓷为靶材，采用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)基片上沉积CCTO薄膜，通过改变薄膜的沉积温度、沉积氧压和激光能量密度等条件，利用X射线衍射方法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等结构表征方法，获得了一组优化薄膜沉积的条件。随着沉积温度的升高，CCTO薄膜的取向逐渐表现出(220)方向的择优生长趋势，晶粒大小和数量逐渐增加，晶粒形状趋于一致、排列更加紧密；CCTO薄膜的取向、微观形貌随着沉积氧压的升高会呈现先改善后退化的变化趋势，晶粒尺寸及形状也随之有相应变化；激光能量密度主要影响了薄膜的表面粗糙度及微观形貌。在沉积温度750℃、沉积氧压15Pa、激光输出能量100mJ／pulse的条件下制备出的薄膜呈现了较好的钙钛矿结构，以(220)取向为主，表面大颗粒少，致密度高，晶粒间结合紧密、大小均一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高介电常数材料
• 1.2.1 电介质及介电材料
• 1.2.2 高介电常数材料
• 3Ti₄O₁₂的高介电常数及其研究现状'>1.3 CaCu₃Ti₄O₁₂的高介电常数及其研究现状
• 3Ti₄O₁₂的晶体结构及基本性质'>1.3.1 CaCu₃Ti₄O₁₂的晶体结构及基本性质
• 3Ti₄O₁₂的研究现状'>1.3.2 CaCu₃Ti₄O₁₂的研究现状
• 1.4 本文工作的研究内容与意义
• 3Ti₄O₁₂的合成与烧结致密化'>第二章 CaCu₃Ti₄O₁₂的合成与烧结致密化
• 2.1 引言
• 2.2 实验与测试
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验设计
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 3Ti₄O₁₂粉末的合成'>2.3.1 CaCu₃Ti₄O₁₂粉末的合成
• 3Ti₄O₁₂陶瓷结构与性能的影响'>2.3.2 烧结温度对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷结构与性能的影响
• 3Ti₄O₁₂陶瓷结构和性能的影响'>2.3.3 保温时间对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷结构和性能的影响
• 2.4 小结
• 3Ti₄O₁₂陶瓷的掺杂改性研究'>第三章 CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷的掺杂改性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3Ti₄O₁₂结构和性能的影响'>3.3.1 Cu含量对CaCu₃Ti₄O₁₂结构和性能的影响
• 3Ti₄O₁₂结构和性能的影响'>3.3.2 MgO掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂结构和性能的影响
• 3Ti₄O₁₂结构和性能的影响'>3.3.3 SiC掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂结构和性能的影响
• 3.4 小结
• 3Ti₄O₁₂薄膜及其结构表征'>第四章 脉冲激光沉积CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜及其结构表征
• 4.1 引言
• 4.2 脉冲激光沉积技术简介
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 PLD的基本原理
• 4.2.3 PLD技术的优缺点
• 4.3 实验与测试
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 测试方法
• 4.4 结果与讨论
• 3Ti₄O₁₂薄膜结构的影响'>4.4.1 基片温度对CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜结构的影响
• 3Ti₄O₁₂薄膜结构的影响'>4.4.2 沉积氧压对CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜结构的影响
• 3Ti₄O₁₂薄膜结构的影响'>4.4.3 激光能量密度对CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜结构的影响
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢