钛酸锶钡基陶瓷的微观结构调控与高温高介电性能研究

High dielectric constant material is one of the most important researches in recent years. The application of dielectrics to higher temperature region above room temperature is the practical problems to be solved urgently. Based on the relationship between microstructure and properties, the preparation of Ba1-xSrxTiO3 (BST) based high dielectric constant ceramics by controlling the core-shell microstructure was raised in this project. To be detail, firstly, the BST based ceramics with core-shell microstructure are prepared. Secondly, the composition, structure, morphology and stress state of the interface in the core-shell structure are studied. Also, the interfacial polarization response and the tunneling mechanism of carrier under high temperatures are revealed. Finally, the interface effects of core-shell structure on the microstructure and dielectric properties of BST based ceramics are studied. And the theoretical model between dielectric performance and core-shell microstructure is established.

高介电常数材料是近年来材料研究领域的热点之一, 将其应用于室温以上的更高温区是目前面临的实际问题。该项目以Ba1-xSrxTiO3（BST）复合材料的高温高介电性能的关键基础科学问题为核心，提出通过芯-壳结构的设计和调控来改善高温区介电性能的思路。首先，研究芯-壳结构BST基复合陶瓷的制备工艺；其次，研究BST基复合陶瓷芯、壳两相的界面效应，揭示不同温度作用下芯、壳两相界面处的极化响应及载流子的隧穿机理；最后研究芯、壳作用下材料微观结构的变化，建立复合材料体系的介电性能与芯-壳构型之间的理论模型。

基于钛酸锶钡陶瓷材料在动态随机存储器、热释电探测和介电调谐等领域的巨大应用以及各个应用领域对其介电性能的不同要求，该项目以钛酸锶钡复合材料的高温高介电性能的关键基础科学问题为核心，提出通过芯-壳结构的设计和调控来改善其介电性能的思路。本项目的研究内容包括芯层材料颗粒尺寸、形貌以及壳层材料类型等的因素对芯-壳微观结构的影响，系统研究芯-壳微观构型与陶瓷材料介电性能之间的关系。首先，针对芯层材料颗粒尺寸与形貌等对芯-壳微观结构的显著影响，研究了溶胶-凝胶法和草酸盐共沉淀法制备Ba0.6Sr0.4TiO3（BST）超细粉体的反应历程以及不同反应条件对粉体纯度、粒径和微观形貌的影响，获得了粒度均匀、分散性良好、工艺重复性高的菱形BST基体材料的制备工艺；其次，针对壳层材料类型等对芯-壳微观结构的影响，通过不同包覆工艺的对比，获得了不同类型壳层材料包覆BST基体形成芯-壳结构BST粉体的制备工艺，并对其芯、壳界面进行了表征，解释了界面反应机理，阐明了界面效应对芯、壳微观结构的影响；最后，在此基础上，采用传统固相法结合陶瓷闪烧工艺，通过升温速率和保温时间的控制，研究了BST基复合陶瓷芯-壳微观结构的演化过程以及芯、壳互作用对BST基陶瓷微观结构的影响关系，探索了芯-壳构型对陶瓷材料介电性能的调控机理，为介电性能可控陶瓷的设计与发展提供指导。