《鈣鈦礦氧化物CaCu3Ti4O12中缺陷偶極子的極化行為研究》是依託上海電力大學，由羅曉婧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦氧化物CaCu3Ti4O12中缺陷偶極子的極化行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：羅曉婧
- 依託單位：上海電力大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
缺陷偶極子對鐵電材料的鐵電轉變、老化、疲勞等因素起重要作用。但目前人們對缺陷偶極子在介質材料介電常數的貢獻方面研究甚少。鈣鈦礦氧化物CaCu3Ti4O12（CCTO）因具有高介電常數、使用頻率寬、溫度穩定性好等優點而引起人們的重視，但對其巨介電常數的起源仍然存在很大爭議。不同於大多數研究者認可的勢壘層電容機制，我們認為CCTO的巨介電常數與其內部缺陷偶極子的極化有關。本項目中，我們將利用“電循環處理”法探測CCTO內部缺陷偶極子的極化弛豫行為，並結合結構表征等探索缺陷偶極子的組成方式及其對CCTO介電常數的貢獻機制；接著，利用摻雜、後處理等方法來嘗試調控CCTO內部缺陷偶極子的種類和濃度，從而進一步提高CCTO的介電常數並降低介電損耗；最後，探索缺陷偶極子對介電材料介電常數貢獻的一般性原理。
結題摘要
此報告主要闡述了對CCTO中缺陷偶極子的極化特性的研究進展和相關結果，並總結了在項目研究中存在的問題。其中研究進展主要包括以下幾個方面：（1）通過對CCTO 的交流電導和直流電導的對比分析，我們發現，CCTO的介電極化總是伴隨著電荷的長程導電，說明CCTO的介電極化與極化子的導電有關；（2）通過對CCTO進行電壓循環掃描分析，以及不同頻率和溫度下的電容-電壓關係的分析，我們發現CCTO中存在與氧空位相關的深能級陷阱態的導電和極化，即極化子可能來源於與氧空位相關的深能級缺陷；（3）通過對比不同氧氣氛下燒結的CCTO的樣品的介電溫度穩定性及電容電壓關係的穩定性的，我們認為，在中溫區缺陷載流子以局域跳躍式電導參與電輸運並引起一定數量的缺陷偶極子的局域躍遷，界面上深能級缺陷為此局域躍遷提供了較高勢壘而抑制了極化的繼續增長。這可能是CCTO中溫介電穩定性的原因；（4）通過對CCTO的B位進行施主離子和受主離子的摻雜研究，我們發現，In3+和Ta5+共摻雜的CCTO樣品的介電性能有一定的改善，其介電常數在220K-300K穩定在30000附近，且介電損耗角正切接近或小於0.05。經過對各個實驗進展的總結，我們認為，項目中的不足主要體現在這幾個方面：（1）項目研究中還需要補充對深能級缺陷的定性表征；（2）項目中對CCTO的摻雜改性需要進一步補充研究細節，並從中找出最佳化CCTO介電性能的更有效的方法；（3）項目應嘗試將CCTO材料製備出器件，研究CCTO材料在器件中的介電特性。
