【摘 要】
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由于共掺杂TiO2陶瓷具有很高的介电常数和较低的介电损耗,近年来受到了广泛的研究关注。迄今为止,共掺杂TiO2陶瓷已采用不同的元素掺杂、晶界改性添加剂和工艺参数组合制备,并对其介电性能的影响进行了广泛的研究。然而,利用共掺杂TiO2纳米粒子制备相应陶瓷尚未见文献报道。本文采用溶胶—凝胶法制备了纳米金红石相(La+Nb)共掺杂TiO2粉体,并用其制备了亚微米晶粒介电陶瓷,分别分析了其在室温下以及不同
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由于共掺杂TiO2陶瓷具有很高的介电常数和较低的介电损耗,近年来受到了广泛的研究关注。迄今为止,共掺杂TiO2陶瓷已采用不同的元素掺杂、晶界改性添加剂和工艺参数组合制备,并对其介电性能的影响进行了广泛的研究。然而,利用共掺杂TiO2纳米粒子制备相应陶瓷尚未见文献报道。本文采用溶胶—凝胶法制备了纳米金红石相(La+Nb)共掺杂TiO2粉体,并用其制备了亚微米晶粒介电陶瓷,分别分析了其在室温下以及不同温度下的介电性能。具体研究内容及成果如下:1.采用溶胶—凝胶法制备了(La+Nb)共掺杂TiO2粉体。探究共掺杂对TiO2晶体结构、微观形貌的影响。900°C时锐钛矿相会完全转变为金红石相。随着掺杂浓度的增加,TiO2的晶格参数逐渐增大。所制备的粉末颗粒均为纳米级,并且随着掺杂浓度的增加,颗粒大小先减小后增大,在掺杂浓度为3%时最小。2.将所制备的粉末通过压片、烧结、抛光、退火等工艺制备成功制备出介电陶瓷。探究共掺杂对陶瓷的微观形貌、价态变化以及介电性能的影响。通过调节退火温度和退火时间,La和Nb共掺杂可以同时获得较高的介电常数和较低的介电损耗。掺杂浓度为2%的样品性能最优,在1 k Hz时介电常数为2×10~4,介电损耗为0.019。(La+Nb)共掺杂TiO2陶瓷的平均晶粒尺寸小于200 nm,远小于常规固相反应法制备的TiO2陶瓷的微米级晶粒尺寸。缺陷偶极子的钉扎效应被认为是共掺杂陶瓷具有巨介电常数和低介电损耗的主要原因。3.探究了不同温度下不同掺杂浓度的TiO2陶瓷介电性能。当温度低于150°C时,La和Nb的共掺杂可以有效的提高陶瓷的介电性能,温度稳定性较好。而当温度高于150°C时,共掺杂会导致陶瓷的介电常数和介电损耗同时急剧增加,并不能有效的提升陶瓷的介电性能。掺杂浓度为2%的样品性能依旧最优。
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