论文摘要
钽铌酸钾（KTN）材料具有非凡的电光效应和热释电效应,作为一种无铅的碱金属铌酸盐备受铁电压电材料研究领域的关注,但KTN材料的电导率及漏电流较高,难于极化和器件化,使其实用性受到限制。本课题纳米粉体掺杂改性,旨在解决电导率和漏电流较高的问题,将为KTN材料的实用化提供一条新的途径。本文采用水热合成技术对KTN进行Ni2+和W6+掺杂改性研究,成功的制备出K1-xNixTa0.4Nb0.6O3和KTa0.4Nb0.6-xWxO3两种掺杂体系纳米粉体,并在富氧条件下制备出掺杂体系陶瓷样品,同时系统的研究了掺杂离子及掺杂量对晶体结构和性能的影响规律。采用XRD衍射和Raman测试对掺杂体系晶体结构进行表征,结果表明,我们得到高纯的四方相的KTN纳米粉体; Ni2+、W6+取代KTN钙钛矿中K+、Nb5+离子的位置,实现了A位,B位取代;晶格常数,晶格畸变度和晶粒大小与掺杂量有较大关系,这主要由于取代离子与原离子的半径差异引起的。运用精密数字电桥,可调直流电和Agilent39470A数据采集仪等测量仪器对KTN掺杂体系陶瓷样品的介电性,导电性及漏电流特性进行测量和分析。实验表明,不同的测试频率及掺杂量对KTN陶瓷的介电常数,介电损耗,电导率有较大影响。在频率为1KHZ下, Ni2+、W6+离子掺杂量为0.04mol的KTN陶瓷的介电常数最大,分别为纯KTN陶瓷的2倍和5倍; Ni2+、W6+离子掺杂量分别为0.05mol,0.06mol时均使电导率下降一倍;两种掺杂离子都可以有效的降低KTN陶瓷的漏电流,Ni2+、W6+离子的掺杂量分别为0.04mol,0.08mol时,KTN陶瓷的漏电流最小。掺杂对KTN陶瓷电性能的影响主要是由晶格畸变及杂质离子带入的多余电子引起的。比较两种掺杂的实验结果,我们发现Ni2+、W6+的掺杂量分别为0.04mol,0.08mol时,较能有效降低KTN陶瓷的电导率和漏电流,使其易于极化和器件化,为KTN材料的实用化扫开障碍。