双钙钛矿型低损耗介质陶瓷的结构相变与微波介电响应

A2B'B"O6双钙钛矿化合物因其独特的电学和磁学性质近年来备受关注。本研究以双钙钛矿陶瓷材料为研究对象，通过离子置换方式制备一系列新型微波介质材料，研究其结构相变随组成的变化规律及其对介质极化、介电损耗和温度稳定性的影响机制，重点研究频率温度系数与结构相变的相关性，探讨B位离子有序性对本征介电损耗的影响机理，揭示适应于双钙钛矿类材料体系性能调控的普适性规律；通过调控材料的微观结构实现介电性能的改善与优化，为发展新型低损耗钙钛矿微波介质材料提供实验和理论依据。系统研究双钙钛矿材料结构相变对微波介电性能的影响规律，具有重要的学术价值和实际意义。

本项目以双钙钛矿型微波介质材料为主要研究对象，通过不同位离子取代制备了Ba2Ca1-xSrxWO6、(1-x)Ba2CaWO6-xBaWO4、(Ba,Sr)2LnSbO6、Ba2-2xSr2xSmSbO6、Ba2Sm(Sb1-xNbx)O6、Ba(Mg1/3Nb2/3)1-x(Zr,Sn)xO3等一系列新型双钙钛矿陶瓷材料，系统深入地研究了组成、结构与微波介电性能之间的关系，全面完成了课题任务，达到了预期目标。取得的主要研究结果如下：（1）Ba2Ca1-xSrxWO6随组分的结构相变过程为Fm-3m → R-3 → I2/m，随着x值的增大，Ba2Ca1-xSrxWO6的介电常数εr变化不大，Q×f值逐渐减小，频率温度系数τf呈Z字型非线性变化；另外，Ba2CaWO6在室温附近可发生I4/m → Fm-3m相变，导致其介电常数温度系数τε改变符号；（2）随着Ln3+离子半径的增大，Ba2LnSbO6（Ln = La, Pr, Nd,Sm, Gd, Dy）发生Fm-3m → R-3结构相变，其介电常数εr先增大后减小，τf则由正值变为负值；而Sr2LnSbO6（Ln = Nd, Sm, Gd, Dy）均为单斜结构P21/n，其介电常数εr随Ln3+离子半径的增大逐渐减小，τf则负值逐渐增大；（3）Ba2-2xSr2xSmSbO6随组分的结构相变过程为：Fm-3m → I2/m→ P21/n，随着x值的增大，其介电常数εr逐渐减小，Q×f值则先降低后升高，τf值与结构相变及氧八面体的倾斜程度密切相关；（4）Ba2Sm(Sb1-xNbx)O6随组分的结构相变过程为：Fm-3m → I2/m，随着x值的增加，介电常数εr逐渐增大，固溶体组分的Q×f值均小于端元组分的Q×f值，结构相变导致τf值改变符号；（5）得到了性能优良的Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷：εr = 32±0.5，Q×f = 90 200 - 101 500GHz，τf = 12±1 ppm/ºC；少量Sn4+取代(Mg1/3Nb2/3)4+后离子有序度降低，但并没有导致材料性能恶化。