h-BaTiO3基填满六方钙钛矿化合物的稳定机制与电磁性能

基于h-BaTiO3的六方钙钛矿化合物是一类具有重要潜在应用价值的新型介电和磁电材料，本研究旨在通过晶体结构的设计和离子的组合取代，获得室温稳定的h-BatiO3基填满型六方钙钛矿结构，系统研究该类新型填满六方钙钛矿化合物的晶体结构调控和高频电磁响应特性。通过离子组合取代，并利用晶体结构精修等方法，从离子占位和化学键特性层面上揭示填满型六方钙钛矿结构形成和稳定的微观机制；通过微结构调控及复相化设计实现物理性能的协调改性，建立晶体结构调制与电磁响应的关联，为发展六方钙钛矿微波介电和磁电介质材料新体系提供实验与理论依据。

本项目围绕h-BaTiO3基填满六方钙钛矿化合物的合成、室温稳定机制及结构与性能的关系开展了深入系统研究，全面完成了课题任务，达到了预期目标。取得的主要成果包括：系统研究了BaTiO3-Ba(B’1/2B”1/2)O3 (B’: Co,Ni,Zn,Ga,Ln; B”:W,Sb,Nb)材料体系中B位离子组合取代Ba[Ti1-x(Me1/2W1/2)x]O3 (Me:Co,Ni,Zn)和Ba[Ti1-x(Ga1/2Sb1/2)x]O3等的物相形成规律、六方钙钛矿的形成与稳定机制、以及微波介电性能，按照电价补偿原则，通过离子组合取代，成功获得了一系列室温稳定的h-BaTiO3基填满型六方钙钛矿化合物，根据晶体结构精修和微观结构分析等，提出了Me2+离子择优占位的六方钙钛矿结构形成和稳定机制，并得到实验验证；建立了钙钛矿结构中氧八面体结构基元的连接方式与微波介电性能之间的关联，晶体结构精修数据表明，六方钙钛矿结构中部分氧八面体的共面连接使键长缩短、键强增强，氧八面体旋转或倾斜的自由度降低，致使介电常数降低，品质因数提高，材料保持较小的频率温度系数，进而从结构单元的连接方式上揭示出钙钛矿化合物的频率温度系数的微观调控机制；在过渡金属离子取代的h-BaTiO3中发现了弱铁磁性，并根据第一性原理计算等确认了氧空位是磁性出现的根源；通过微结构调控及复相化设计实现了六方钙钛矿材料微波介电性能的协调改性，为发展高性能六方钙钛矿微波介质材料新体系提供了实验与理论依据。发表SCI收录论文12篇，其中在本领域顶级刊物Journal of the American Ceramic Society上发表论文4篇，Journal of Solid State Chemistry上发表论文1篇。