高介电常数电子材料制备及其电性能研究

1、 摘要实 验 利 用 传 统 的 电 子 陶 瓷 制 备 工 艺 , 制 备 了 纯 CaCu 3Ti 4O 12(CCTO 陶瓷 , 并且研究了结构及介电性 。 实验结果表明 :CCTO 陶瓷样品生成具有单一相的钙钛 矿 结 构 。 纯 CCTO 陶瓷具有稳定的介电性能 、 相对高的介电常数和相 对低的介电损耗 。 在室温条件下 , 介电常数基本上能够达到104, 并观察到 CCTO 陶瓷具有介电现象 。关键词 高介电常数CaCu 3Ti 4O 12陶瓷 介电性能Studying the Fabrication and Dielectric Property of CaCu 3Ti 4O 1

2、2Ceramic /Chen ZetingAbstract CaCu 3Ti 4O 12(CCTO ceramics were prepared by the conventional ceramic technique.The microstructure and dielectric properties of the ceramics were investigated.The results indic-ated that CCTO ceramics were of pure perovskite structure when sintered directly without cal

3、cined. All the ceramics show temperature -stable dielectric characteristics, and the relative high permittivity and low dielectric losses as well. Dielectric constant at room temperature reached 104from 100Hz to 1MHz. CCTO ceramics were investigated together with frequency and temperature dependence

4、 of dielectric properties in the range of 1kHz 100kHz and -200100 . The results showed that the dielectric relaxation of the ceramics .Key words high dielectric c onstant;CaCu 3Ti 4O 12ceramic; dielectric propertyAuthor ' s address Guangdong Radio &TV University,510091, Guangzhou, Guangdong,

5、China1引言CaCu 3Ti 4O 12(CCTO , 钛酸铜钙 是一种具有钙钛矿结构的 钛酸盐, 其晶体结构为体心立方 (Im3, 该材料为反铁磁性的绝缘体 。 1CaCu 3Ti 4O 12是一种高介电常数材料 。 所谓高介电常数材料是指介电常数 ( 大于二氧化硅 (=3.9的介电材料的 泛称 。 国内外对其进行了深入的研究, 该材料目前已广泛应用 于制造电容器和动态存储器 (DRAM 等各种电子器件中 。2近年来, CaCu 3Ti 4O 12(CCTO 受到了越来越广泛的关注 。 在 2000年,Subramanian 以及他的工作小组最早发现具有巨 介电常数的 CaCu 3Ti

6、4O 12铁电陶瓷材料,并于 2000年 3月 3日首次在 Jounal of Solid State Chemistry 上发表报道了这种 材料 。 CCTO 铁电陶瓷材料正是由于具有反常的高介电常 数 、 优异的热稳定性和强烈的非线性等性能, 成为当前介电 研究领域的一种具有广泛应用前景的材料 。 2-5本文研究了 CCTO 陶瓷的合成, 对其结构以及高介电性 能作了深入分析 。2实验本实验所用原料为分析纯的碳酸钙 (CaCO 3 、 氧化铜 (CuO 、 二氧化钛 (TiO 2 , 按照化学计量比进行配料 。 采用传 统电子陶瓷制备工艺制备陶瓷 。 混合后置于球磨罐中, 用无 水乙醇作为

7、球磨介质, 球磨 24h , 将烘干后的粉末过筛 。 然 后, 将 CaCu 3Ti 4O 12粉末和聚乙烯醇 (PVA均匀混合, 把它们 放在玛瑙研钵中研磨 2小时, 经过粘结剂造粒后, 压制成直 径 13mm ,厚 3mm 的圆片形坯体,再在 1100 烧结 5个小 时, 得到烧结陶瓷样品 。 陶瓷样品表面经过磨平 、 抛光后, 涂 覆银电极 。 采用 X 射线衍射仪 (发射源为 CuK 进行样品的 晶体结构分析,样品的介电常数和损耗采用程控炉和阻抗 分析仪 (HP 4192A 阻抗分析仪 测量样品的电容值, 测定了 不同频率下陶瓷样品的介电常数 (r 和介电损耗 (tan 。3实验结果及

8、讨论3.1XRD 结构分析图 1为在 1100 烧结 5h 得到的 CCTO 陶瓷样品的 XRD 衍射图谱 。 由图可见,样品形成了单一的钙钛矿结构 (ABO3 的固溶体, 并且基本上没有观察到其他杂相的存在, 形成了体心立方 (bcc图 2为纯 CCTO 陶瓷样品在室温条件下 (300K 的介电 频谱图 。 由图可以看出,在室温条件下,陶瓷在 100Hz 到 1M Hz 的频率内, 具有相对高的介电常数, 介电常数值基本 上在 8000以上, 而在 100Hz 时所测得的介电常数 r 最大,中图分类号:TN24文献标识码:A 文章编号:1672-7894(201115-078-02CaCu

9、3Ti 4O 12CaCu 3Ti 4O 12CCTOCCTOI n t e n s i t y (a . u 图 1在 1100 烧结 5h 的 CCTO 陶瓷 XRD 图1020304050607080902(degree240002000018000102图 2纯 CCTO 陶瓷 的室温介电频谱 tan 觟1KHz100KHz10KHz 1KHz 100KHz10KHz -200-160-100-60060100Temperature( 图 3纯 CCTO 陶瓷 样品介电温谱 图 4纯 CCTO 陶瓷 样品介电损耗温谱-200-160-100-60060100t a n 101Tempe

10、rature( 78 (上接第 45页 识点就让学生实践操作, 通过实践理解知识 。 这样, 内容讲 解就不仅仅靠教师介绍,学生通过实践体验也可以学习新 的内容 。 这种将传统的理论讲授改革为体验式学习的方式, 能够调动学生的学习积极性, 培养学生的创新能力 。有趣的实践内容能够吸引学生,激发学生的学习主动 性 。 学生刚开始接触 Java 语言时是怀着既好奇又兴奋的心 情进入教室, 认为学完这门课程以后, 自己也可以像电脑公 司的那些程序设计人员一样, 设计 、 开发软件, 成为一名软 件工程师 。 可随着大量难以记忆和理解的概念 、 术语 、 语法 、 远离实际应用的实验的出现, 学生开始

11、感觉课程的枯燥 、 乏 味, 甚至思维混乱, 逐渐失去了学习兴趣 。改变传统的 “ 先理论, 后实践 ” 形式, 让实践与理论并 行 。 在理论授课的同时开展实践教学 。 可以在讲授到相关知 识点前就把题目布置给学生,让学生主动查找资料来寻求 解决方案 。 这样在课堂讲解时, 学生就会带着问题来学习, 变被动学习为主动学习 。Java 程序设计课程的总评成绩一般由期末考试成绩和 平时成绩组成 。 平时成绩包括平时表现和实验成绩, 期末考 试一般是笔试, 成绩占总评的 50%至 70%。 可以看出, 总评 成绩还是以笔试考试成绩为主 。 传统的考核评价体系不能 真正反映学生运用计算机知识解决问题

12、的能力和实际动手 能力 。 为了更好地考查学生对知识的掌握程度和实际动手 能力, Java 程序设计期末考试改革为上机考试:教师给出题 目要求, 学生上机编程实现 。 上机考试是对学生综合能力的 考核, 不但反映了基础知识的掌握情况, 更能反映出学生实 际操作水平的高低 。 同时, 上机考试也可以督促学生重视实 践能力的培养 。4结语信息技术的发展对人才培养提出了新的要求,也给教 师带来了新的挑战 。 本文就 Java 程序设计课程的实践教学 环节提出了改革措施,能较好地提高学生的自主学习能力 和创新能力 。 这些措施还需要在今后的教学过程中不断完 善, 以满足社会对应用型人才的需求, 保障实

13、践教学质量 。参考文献1朱正伟 , 刘东燕 , 何敏 . 加强高校实践教学的探索与实践 J.中国大 学教学 ,2007(1:76-782.2程建芳 . 借鉴国外经验 , 强化应用型本科教育实践教学 J.中国高 教研究 ,2007(8:54-55.3陈婷 . 应用型高校实践教学质量保障的问题与对策 J.高教探索 , 2008(3:72-74.4周立章 . C+面向对象程序设计课程教学探索与实践 J.西华大 学学报 :哲学社会科学版 ,2005(12:257-258.编辑 杨呈祥随着频率的逐渐增加, 介电损耗也逐渐增大, 在 1M Hz 时达 到 0.55。图 3和 图 4分 别 是 CCTO 陶

14、 瓷 在 1KHz 、 10KHz 、 100KHz 三个频率下, 从 -200 到 100 时所测得的介电常 数和介电损耗温谱 。 从图 3可以看出样品具有较高的介电 常数, 在 1KHz 下, 基本上稳定在 8000以上, 100 时几乎达 到 20000。 随着测量频率的逐渐增大, 介电常数也逐渐降低 。 而陶瓷具有较低的介电损耗 。从图 4可知, 从 -50 到 100 时, 损耗因子 tan 基本 在 0.1到 0.3之间,而且出现的介电损耗峰有一定的宽度, 损耗峰的位置随着频率的增加向高温方向移动,且损耗峰 逐渐增加 。由 CCTO 的介电常数和介电损耗与温度的关系可以看 出, 纯 CCTO 陶瓷存在介电弛豫现象 。 极化弛豫是指当电介 质受静电场作用时, 要经过一段时间后, 内部的极化强度才 能达到相应的数值的现象,其所经过的这段时间称为弛豫 成 CCTO 陶瓷这种温度特性可能是由于该材料的介电弛豫 是一种热激活过程, 随着温度的升高, 晶粒运动加快, 弛豫 时间缩短, 从而导致频率增加, 损耗峰上扬的现象 。4结论利用传统的电子陶瓷制备工艺制备了纯 CCTO 陶瓷, 形 成单一的钙钛矿结构固溶体, 基本上没有出现多余杂质; 陶 瓷具有高介电常数 、