摘要
钛酸锶陶瓷作为一种先进的电子陶瓷元件，其介电性能与微观结构有着密切联系。为了探究钛酸锶陶瓷介电性能与微观结构的关系，本论文首先通过SrTiO3晶体来探索材料性能的起源，因为其没有晶界和孔隙。本文选择Nb5+作为掺杂离子，研究SrTiO3的性质，因为Nb5+的半径接近Ti4+。结果表明，掺杂晶体在20Hz-0.2MHz频率范围内的介电常数大于94500,介电损耗保持在0.002以下。X射线光电子能谱和电化学阻抗谱分析表明，介电性能的显著提高归因于氧空位的存在，而没有界面极化的影响。由于在N2气氛中退火掺杂Nb的SrTiO3有利于氧流失，因此产生更多的氧空位和Ti3+。结果表明，电子与Ti4+结合并形成缺陷偶极[Ti4+·e-Vo¨-Ti4+·e],导致较高的介电常数和较低的介电损耗。总之，以晶体为研究对象，对SrTiO3材料巨介电性能的起源和优化提供了重要的启示。 其次,分别采用草酸共沉淀法和传统固相法制备了Nb掺杂SrTiO3陶瓷以及(Nb,Zn)共掺杂SrTiO3陶瓷，并对其介电性能进行了研究。结果表明，当制备方法为草酸盐共沉淀法时，SrTi0.985Nb0.015O3陶瓷样品在室温下的介电常数超过1.1×104,介电损耗则小于0.01。要远远优于传统固相法的介电常数(6×103)和介电损耗(0.08)。用草酸共沉淀法制备的(Nb,Zn)共掺杂SrTiO3陶瓷室温下介电常数(εr=206501-206879,1kHz)相比于传统固相法制备的(Nb,Zn)共掺杂SrTiO3陶瓷(εr=37181-38527,1kHz)增加了大约10倍,并且介电损耗保持在0.03以下。EIS和XPS数据分析表明内部阻挡层效应是引起(Nb,Zn)共掺杂SrTiO3陶瓷优异介电性能的主要原因，由于草酸共沉淀法制备的SrTiO3陶瓷晶粒尺寸小、粒度均匀，能够显著增强界面极化作用，因此获得了更为优异的介电性能。并且还得到共掺杂的样品性能要优于单一掺杂样品的结论。 此外，本文还对草酸盐共沉淀法制备的SrTi1-x(Zn1/3Nb2/3)xO3陶瓷的掺杂浓度(x=0、x=0.003、x=0.006、x=0.009、x=0.012、x=0.015、x=0.021)进行了探究，当x=0.015时,为SrTi1-x(Zn1/3Nb2/3)xO3陶瓷的最佳掺杂浓度，在25-300℃范围内表现出巨大介电常数(＞2.0×105)以及低介电损耗(＜0.3）。当最佳掺杂浓度确定后，本文还在掺杂浓度x=0.015时，探究了烧结温度对SrTi0.985(Zn1/3Nb2/3)0.015O3陶瓷介电性能的影响，在1450℃下实现了巨介电常数(2×105)和低正切损耗(＜0.03)的高性能。随着烧结温度的升高，晶粒尺寸先增大后趋于稳定，介电常数的热稳定区明显扩大。但1600℃烧结陶瓷介电性能的恶化是由于界面极化和缺陷复合体的解离所致。
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