高介电常数 BZN基焦绿石介质材料的研究

报告人：金雨馨指导教师：李玲霞 教授

2014-05-06

主要内容

实验进展情况1

文献学习情况2

下一步计划安排3

• 以 Ti4+取代BZN 中 Nb5+与 Zn2+ ，制备 (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7陶瓷样品，对制备的陶瓷样品进行烧结，并对其 ɛ ， tanδ ， ε 进行测试。

• 烧结温度： 950℃ ， 975℃ ， 1000℃ ， 1050℃。

• 烧结温度： 925 ,950 , 975℃ ℃ ℃。

实验工作（一）

• 目前，已完成 x=0.5,1.0, 1.5, 2.0, 2.25陶瓷生坯的烧结与测试工作。

Ti4+(0.605Å)→1/3Zn2++2/3Nb5+(0.67Å) (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7

实验依据

以小半径的四价 Ti4+取代 BZN 中 Nb5+ 与 Zn2+ ，改变Bi1.5ZnNb1.5O7 体系 RA/RB ，形成具有较高极化能力的 TiO6 八面体 ，从而提高体系的介电常数，研究四价离子在该体系中的取代机制，及其对材料结构与介电性能的影响。

Figure.1. Permittivity of sintered samples at different sintering temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7)

在该体系中，当 x≤1.5时，随着钛离子含量的增加，陶瓷样品的介电常数逐渐增大，介电常数温度系数向负向移动，当 x≥1.5时，其介电常数逐渐减小，

介电常数温度系数逐渐增大。

Figure.2. Temperature coefficient of permittivity (ε) of sintered samples at different sintering

temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7)

当烧结温度为 1050℃ ， x=1.5时， ɛ ~217.6 ， tanδ ~2.2×10-4 ， ε ~ -1333 。

体系的介电常数为什么会大幅度增大？

Ti4+ 进入焦绿石结构的 B 位，形成具有较高极化能力的 TiO6 八面体 。

• 以 Zr4+取代BZN 中 Nb5+与 Zn2+ ，制备 (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7陶瓷样品，对制备的陶瓷样品进行烧结，并对其 ɛ ， tanδ ， ε 进行测试。

• 烧结温度： 975℃ ， 1000℃ ， 1050 ℃ 。

• 烧结温度： 925 ,950 , 975℃ ℃ ℃。

实验工作（一）

• 目前，已完成 x = 0.6, 0.9, 1.5组分陶瓷生坯的制备与测试工作。

Zr4+(0.72Å)→1/3Zn2++2/3Nb5+(0.67Å) (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7

实验依据

以大半径的四价 Zr4+取代 BZN 中 Nb5+与 Zn2+，形成 (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7，使 BZN体系的 RA/RB逐渐减小，对比 (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7体系，研究不同离子半径的四价离子取代对体系结构与性能的影响。

Figure.3. Permittivity of sintered samples at different sintering temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7)

在该体系中，随着锆离子含量的增加，陶瓷样品的介电常数呈线性减小，四价 Zr4+的取代机制未发生改变 ，当 x=1.5时，焦绿石结构中位于 B位的Zn2+被完全取代。在 1050℃ 烧结温度下， x=1.5组分的 ɛ ~121.1 ， tanδ ~1.8×10-3。

Figure.4. Temperature coefficient of permittivity (ε) of sintered samples at different

sintering temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7)

在该体系中，随着锆离子含量的增加，陶瓷样品的介电常数温度系数向正向移动。在 1050℃ 烧结温度下 ， x=1.5组分陶瓷样品的介电常数温度系数 ε ~ -203。

Figure.2. Temperature coefficient of permittivity (ε) of sintered samples at

different sintering temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7)

Figure.4. Temperature coefficient of permittivity (ε) of sintered samples at

different sintering temperature with various compositions (x in (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7)

在 x≤1.5时，该体系材料的介电常数温度系数的变化趋势与 Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7

体系的介电常数温度系数的变化趋势截然相反。

文献学习

• Studies on dielectric relaxation and high temperature conductivity of Bi1.5Zn1−xNb1.5O7−x ceramics (Hongwei Qiao & XiYao ， 2008 ）

• Study of structure and dielectrc properties of non-stoichiometric Bi2O3-ZnO-Nb2O5 ceramics (Ding Shihua & XiYao ， 2008 ）

• Observations on structural evolution and dielectric properties of oxygen-deficient pyrochlores (Huiling Du & XiYao ， 2004 ）

• Structural study of an unusual cubic pyrochlore Bi1.5Zn0.92Nb1.5O6.92 （ The Pennsylvania State University ， 2002 ）

• Local crystal chemistry, induced strain and short range order in the cubic pyrochlore (Bi1.5-αZn0.5-β)(Zn0.5-γNb1.5-δ)O(7-1.5α-β-γ-2.5δ) (BZN) (Australian National University,2004 ）

BZN立方焦绿石结构组分总结Table 1. Compositions and structural formulas for pyrochlores.

下一步计划

实验二：制备 Bi1.5Zn1-xNb1.5O7+x陶瓷样品进行烧结，对制备的陶瓷样品进行烧结，并对其 ɛ ， tanδ ， k 进行测试。烧结温度： 950 , ℃975 , 1000℃ ℃。 x= -0.05 ， 0 ， 0.08 ， 0.15。实验思路： Bi基立方焦绿石结构可在很大组分范围内保持相稳定性，探究 Zn含量偏离化学计量比对 BZN焦绿石陶瓷样品介电性能的影响。

预期结果： 随 Zn2+含量的减少，材料介电性能产生一定规律变化

实验目的：探索不同组分陶瓷样品介电性能的差异及其产生机理，研究 Zn2+占位对体系结构与性能的影响。

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