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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. 实验进展情况. 1. 文献学习情况. 2. 下一步计划安排. 3. 主要内容. 实验工作（一）. 以 Ti 4+ 取代 BZN 中 Nb 5+ 与 Zn 2+ ， 制备 (Bi 1.5 Zn 1-(x/3) Nb 1.5-(2x/3) Ti x )O 7 陶瓷样品 ， 对制备的陶瓷样品进行烧结 ， 并对其 ɛ ， tan δ ， ε 进行测试。 烧结温度： 950℃ ， 975℃ ， 1000℃ ， 1050℃ 。
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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
实验进展情况 1 文献学习情况 2 下一步计划安排 3 主要内容
实验工作（一） • 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℃。 • 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。 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。 Ti4+(0.605Å)→1/3Zn2++2/3Nb5+(0.67Å) (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Tix)O7
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 。 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.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 。 当烧结温度为1050℃，x=1.5时， ɛ ~217.6，tanδ ~2.2×10-4，ε~ -1333 。
实验工作（一） • 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℃。 • 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。 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。 Zr4+(0.72Å)→1/3Zn2++2/3Nb5+(0.67Å) (Bi1.5Zn1-(x/3)Nb1.5-(2x/3)Zrx)O7
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) 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。 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。 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。 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
