【摘 要】
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铁电材料通常都有较大的介电常数和较高的介电损耗,使其在微波调谐设备中的应用受到了很大限制。通常将介电材料添加到铁电材料中形成复合材料来减小材料的介电常数,降低材料的介电损耗,但加入介电材料的同时也会降低材料的调谐率。然而,在BST-Mg2Ti O4复合陶瓷的研究中,研究者发现随着介电材料含量升高,复合陶瓷的调谐率出现了反常增加的现象。在铁电/介电复合材料中影响调谐率的机制主要有两种:掺杂效应和复合
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铁电材料通常都有较大的介电常数和较高的介电损耗,使其在微波调谐设备中的应用受到了很大限制。通常将介电材料添加到铁电材料中形成复合材料来减小材料的介电常数,降低材料的介电损耗,但加入介电材料的同时也会降低材料的调谐率。然而,在BST-Mg2Ti O4复合陶瓷的研究中,研究者发现随着介电材料含量升高,复合陶瓷的调谐率出现了反常增加的现象。在铁电/介电复合材料中影响调谐率的机制主要有两种:掺杂效应和复合效应。其中掺杂效应会使复合材料调谐率下降,由此推测复合材料调谐率的升高是由复合效应引起的。由于有机铁电材料和无机介电材料之间没有掺杂效应,故可以将有机铁电材料与无机介电材料制成铁电/介电复合材料探究调谐率增加的机制。采用溶剂蒸发法制备了P（VDF-TrFE）/BaWO4复合膜。结果显示相同电场强度下P（VDF-TrFE）/Ba WO4复合膜的调谐率随介电材料含量的增加先升高后下降。当Ba WO4含量从0 wt%增加到30 wt%时,复合膜的介电常数从16.06降低到11.94;外加电场强度20 k V/mm时,调谐率从1.36%增加到3.65%;当Ba WO4含量增加到40 wt%时,调谐率开始下降。采用溶剂蒸发法制备了P（VDF-TrFE）/ZrO2复合膜。相同电场强度下复合膜的调谐率随介电材料含量的增加先升高后下降。当复合膜的介电成分从0 wt%升至50 wt%时,P（VDF-TrFE）/Zr O2介电常数从16.06升高为21.14;复合膜的调谐率在电场强度为20 k V/mm时从1.36%升高到8.23%;随着Zr O2含量继续升高,P（VDF-TrFE）/Zr O2调谐率开始下降。采用相同方法制备了P（VDF-TrFE）/TiO2复合膜并研究其介电调谐性能。实验结果显示,相同电场强度下复合材料的调谐率随介电材料含量的增加先升高后下降。当Ti O2含量从0 wt%增加到40 wt%时,复合膜的介电常数从16.06增加到28.35;外加电场强度20 k V/mm时,调谐率从1.36%增加到7.36%;当Ti O2继续升高时,调谐率迅速下降。利用有限元分析软件分别构建了P（VDF-TrFE）/BaWO4、P（VDF-TrFE）/Zr O2和P（VDF-TrFE）/Ti O2复合膜模型。对三种模型施加相同的电场强度后,三种复合模型的内部电场均呈现不均匀分布。在P（VDF-TrFE）/Ba WO4复合模型中,部分Ba WO4附近的P（VDF-TrFE）的电场强度高于外加电场强度,这部分P（VDF-TrFE）的调谐率会因为电场强度的升高而增大,从而导致P（VDF-TrFE）/Ba WO4调谐率升高;而对于P（VDF-TrFE）/Zr O2和P（VDF-TrFE）/Ti O2,两种复合模型的P（VDF-TrFE）上的平均电场强度均大于外加电场强度。因此介电材料含量相同时P（VDF-TrFE）/Zr O2和P（VDF-TrFE）/Ti O2调谐率均高于P（VDF-TrFE）/Ba WO4。三种模型的仿真结果均与实验结果相符,即复合效应是复合材料中调谐率增加的主要原因。
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