【摘 要】
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制备体积小、集成度高的器件已经成为电介质材料应用主要的发展趋势。在实际应用中,要求陶瓷材料具有大的电容。由介质的电容计算公式可知:陶瓷的电容反比于陶瓷的厚度d,正比于陶瓷的介电常数ε;制备较薄的陶瓷介质材料已经到了材料制备工艺的瓶颈,因此通过对材料的结构调控、表面修饰,进而提高材料的介电常数是一个更为根本的途径。从材料科学的角度来说,通过结构设计,性能优化来获取优异的介电性能是一条可行的道路。巨介
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制备体积小、集成度高的器件已经成为电介质材料应用主要的发展趋势。在实际应用中,要求陶瓷材料具有大的电容。由介质的电容计算公式可知:陶瓷的电容反比于陶瓷的厚度d,正比于陶瓷的介电常数ε;制备较薄的陶瓷介质材料已经到了材料制备工艺的瓶颈,因此通过对材料的结构调控、表面修饰,进而提高材料的介电常数是一个更为根本的途径。从材料科学的角度来说,通过结构设计,性能优化来获取优异的介电性能是一条可行的道路。巨介电材料指的是介电常数较大（＞1000）,损耗较低的材料,十分利于大电容器件的应用。自上个世纪以来,学者们在巨介电材料的探索上付出了很大的努力,取得了很大的进展,但高性能CP材料仍然是稀缺的和充满挑战的;其中,SrTiO3有较大的介电常数（在1 kHz,室温下介电常数约为300）和较低的介电损耗（在室温下100-106 Hz频率范围内为0.001～0.002）,故以SrTiO3为基体来进行设计有望获取大介电常数,较低损耗的改性材料。本论文以SrTiO3为基体,通过稀土元素的掺杂来调控材料的介电性能,以期获得高介电常数（＞1000）、低介电损耗（＜0.05）、频率稳定性和温度稳定性良好的巨介电材料。本论文通过传统固相法制备合成了 Sr1-3NdxTiO3,Sr1-3/2xDyxTiO3,Sr1-3/2xSmxTiO3三种不同稀土元素A位掺杂的介电陶瓷,通过XRD,SEM,LCR,XPS和EPR对样品结构和介电性能进行分析,并研究A位掺杂对介电性能的影响。主要研究内容和结果如下:（1）Sr1-3/2xNdxTiO3陶瓷材料的制备和介电性能。本论文通过传统固相法制备合成了 Pm3m结构的Sr1-3/2xNdxTiO3,由于Nd元素的掺杂,材料获得了较大的介电常数。体系当中掺杂量为1%Nd的样品介电性能最好,在1 kHz时介电常数为28400,介电损耗为0.018,其在高温下（400℃）的介电损耗要远远低于SrTiO3的介电损耗,在350℃时材料的介电损耗仅为0.98,比SrTiO3要小4.5倍。体系常温下的介电常数呈现出一个先增后减的变化趋势,掺杂量为1%Nd的陶瓷样品介电常数最大。XPS和EPR表明,材料内部存在着氧空位和NdSr-V"Sr-NdSr缺陷簇,从而使材料获得了巨介电性能。（2）Sr1-3/2xDyxTiO3陶瓷材料的制备和介电性能。本论文通过传统固相法制备合成了纯相的Sr1-3/2xDyxTiO3,随着Dy元素的掺杂,室温下材料的介电常数逐渐增加,当掺杂量为3%Dy及4%Dy时,材料的介电常数最大,在频率为1 kHz时,介电常数均达到67000左右;体系当中Sr0.94Dy0.04TiO3样品介的电常数在室温下频率稳定性较好,在20-106Hz介电常数变化率为14%,且介电损耗最低,在20-105 Hz范围内介电损耗均小于0.1。XPS和EPR表明,材料内部存在着氧空位和Dy·sr-V"Sr-Dy·sr缺陷簇,从而使材料获得了巨介电性能。（3）Sr1-3/2xSmxTiO3陶瓷材料的制备和介电性能。本论文通过传统固相法制备合成了纯相的Sr1-3/2xSmxTiO3,由于Sm元素的掺杂,材料获得了较大的介电常数（20-106 Hz材料的介电常数均大于20000）,且随着掺杂量的增加,材料的介电常数降低,相比之下Sr0.955Sm0.03TiO3样品介电常数在室温下的频率稳定性较好（20-106 Hz材料的频率稳定性系数为8.5%）,宽频下的介电损耗最低（102-106 Hz材料的介电损耗均小于0.1,104 Hz时,材料的介电损耗仅为0.01）。XPS和EPR表明,材料内部存在着氧空位和Sm·sr-V"sr-Sm·sr缺陷簇,从而使材料获得了巨介电性能。
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