几种电介质材料的介电及微波衰减性能研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:wenyueting
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PMN-PST和BiFeO3均属于钙钛矿结构的电介质材料,具有良好的物理和化学性能和优秀的铁电及介电性能,在通讯、能量转换、电磁屏蔽及吸波隐身等高技术领域有着巨大的应用价值。本论文以PMN-PST和BiFeO3两种材料为对象,研究了Mn掺杂的PMN-PST陶瓷的介电性能、铁电等电学性能,Nd掺杂、La掺杂的BiFeO3及BiFeO3/铁氧体复合材料的室温、高温微波电磁及衰减性能,揭示了掺杂及复合对材料的电、磁性能及微波衰减性能的影响。(1)Mn掺杂PMN-PST三元陶瓷的介电性能研究通过两步前驱体法制备了Mn掺杂对PMN-PST陶瓷,研究了其结构、介电及铁电等电学性能。研究发现,适量Mn掺杂能够提高陶瓷致密度,增大晶粒尺寸;对于介电性能,Mn掺杂抑制了PMN-PST陶瓷的弥散相变,使其由弛豫性向一般铁电性转变。Mn掺杂也改善了PMN-PST陶瓷的铁电性能,降低了损耗,提高了机械品质因子。当Mn掺杂量为0.75 mol%时,陶瓷密度及电学性能最佳。(2)Nd掺杂BiFeO3的电磁及微波衰减性能研究采用溶胶凝胶法制备了不同量Nd掺杂的BFO纳米晶。在8.2-12.4 GHz考察了其微波电磁性能,随着Nd掺杂量的增加,介电虚部减小,而磁导率虚部增大,并且介电虚部是由极化所主导而非电导,磁损耗来源于自然共振。由于Nd掺杂促使晶体中有序畴结构的形成和超交换作用的增强,导致电偶极子的旋转困难和自然共振的增强,从而引起Nd掺杂的BiFeO3电、磁性能增强。而且Nd掺杂的BiFeO3微波衰减性能明显增强,吸收带宽拓宽。其原因在于:Nd掺杂致使介电损耗降低和磁损耗增加,电、磁损耗逐渐趋于平衡,电磁参数实现匹配。(3)La掺杂BiFeO3的高温电磁及微波衰减性能研究采用溶胶凝胶法制备了掺杂量为0.20的La掺杂的BFO纳米颗粒,对比研究了BFO和BLFO20的高温微波电磁及衰减性能。研究发现,在473 K以上,BLFO20的介电虚部突然提升。BLFO20电导模式随着温度升高由离子型转变为跳跃电子型,导致高温电导率提高,因此介电虚部增大。La掺杂也增强了自然共振,提高了磁损耗。考察BLFO20的微波衰减性能,发现BLFO20具有高效和动态稳定的微波衰减,在测量温度范围内,衰减超过-10 dB,其中最大衰减达-54 dB,有效吸收带宽覆盖约3 GHz。(4)BFO/BaFe12-x(Mn0.5Ti0.5)xO19复合材料的电磁及微波衰减性能研究分别采用熔盐法和固相法制备了BFO和BaFe12-x(Mn0.5Ti0.5)xO19。研究了BFO和BaFe12-x(Mn0.5Ti0.5)xO19的电磁和微波衰减特性,BFO由于低的磁损耗和电磁失配,其微波衰减性能较弱。对于BaFe12-x(Mn0.5Ti0.5)xO19,Mn、Ti对磁共振频率起到了调控的作用,当x=5时,共振峰恰好位于X波段,大大提高了磁损耗,但由于介电损耗较低,微波衰减性能不高。考察BiFeO3/BaFe7(Mn0.5Ti0.5)5O19复合材料的微波介电、磁导率,发现复合材料介电虚部具有多弛豫行为,从而改善了介电损耗。相比BFO,复合材料的磁损耗也获得了提升。电磁损耗的提高有效地改善了电磁匹配,提高了微波衰减性能,当体积比为3:1时,最小反射损耗可达-45 dB。
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