石榴石型铁氧体Re3Fe5O12(Re=Er,Yb,Lu)的巨介电效应研究

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随着电子信息技术的飞速发展,多功能材料已得到研究者们的高度关注。通常材料出现高介电常数(ε’>10~3)的物理现象被称作巨介电效应。巨介电效应对于存储器件、振荡器、波导光隔离器和移相器等电子器件的微型化发展具有潜在的广阔应用前景。作为基础多功能材料之一的稀土石榴石型铁氧体(Re3Fe5O12)陶瓷材料,常常在一定温度和频率范围表现出巨介电效应。因此本论文选择石榴石型铁氧体为研究对象,围绕着寻找到新型的巨介电材料以及探究巨介电效应的起因展开了系统的研究。主要研究的结果如下:(1)通过使用固相反应法合成了多晶Er3Fe5O12陶瓷样品,介电常数随频率和温度的变化曲线表明,在很宽的温度和频率范围内,样品表现出巨介电效应。介电弛豫分析结果表明,在相对较低的温度范围产生的弛豫主要由于载流子在Fe2+和Fe3+之间的跃迁,在较高温度范围的介电弛豫可能主要与材料内部的氧空位等缺陷有关。对实验结果分析表明巨介电效应可能源于载流子在晶界处的积聚。(2)利用固相反应法制备的Yb3Fe5O12多晶陶瓷样品在较宽的温度和频率范围内具有巨介电效应。对其介电弛豫分析结果表明,较低温度范围内的弛豫可能来源于载流子在Fe2+和Fe3+之间的跃迁;较高温度范围内的弛豫主要可能受双离子氧空位的影响。阻抗谱的分析结果表明,当温度较低时,晶粒对介电弛豫得影响显著,温度较高时,晶粒和晶界对介电弛豫均产生影响。对实验结果的综合分析表明,样品的巨介电效应可能是由于载流子在晶界处的积聚引起的。(3)用固相法合成了Lu3Fe5O12陶瓷样品,样品的介电测量结果表明,Lu3Fe5O12陶瓷样品在高于室温(300 K)和很宽频率(100 Hz~1 MHz)范围内出现巨介电效应。介电弛豫分析结果表明,较低温度范围内的介电弛豫主要与载流子在Fe2+和Fe3+之间的跃迁有关,较高温度范围内的介电弛豫可能与双离子氧空位和电导有关。阻抗谱测量结果表明,当晶粒和晶界对介电弛豫均有贡献时,在频率较低时,晶界影响显著,在频率较高时,晶粒影响更明显。特别需要注意的是,随着温度的增高,越来越多的载流子在频率较低时会在晶界处积聚,这可能是样品中产生巨介电效应的原因。
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