Bi基焦绿石型氧化物介电弛豫机制

用固态工艺合成Bi基焦绿石型氧化物材料系统 (Bi1-xMx)2(LyNbz)O7 (M和L相同或者不同，如Zn，Mg，Sc，Y， La，Ti，W等)，用X射线精修分析和透射电镜确定Bi基焦绿石型氧化物晶格常数和48f位置O离子位置x，用键价方法，确定A、B位离子与氧离子间的键长、不成键平衡和多面体变形情况，以确定不同组分Bi基焦绿石型氧化物中极性偶极子单元的形成情况。用分子动力学模型计算不同组分Bi基焦绿石型氧化物中A、B位离子反位缺陷形成能量的大小，找到陷形成能量与介电弛豫峰值温度和激活能的联系，建立介电弛豫与结构与组成的关系，确定Bi基焦绿石型氧化物的介电弛豫机制以及微波介电性能和低频介电弛豫之间的关系，以此建立微波介电性能与组成、结构的关系，为开发优良微波介电性能Bi基焦绿石型氧化物提供理论基础，对促进低温烧结微波介电材料研究和应用具有重要的意义。

1价Na替代A位Bi离子(Bi2-xNax)(Zn1/3Nb2/3)2O7陶瓷在880℃获得致密的陶瓷。Na+替代Bi3+进入晶格，替引入的电荷不平衡形成缺陷偶极对，产生介电弛豫且有效移动峰值温度。2价离子采用Ca，Mg替代BZN体系的A或B位，随着Ca2+替代量的增加，相关键价和增大， 48f位O位的偏移量增加。这种位移偏移、不同的键长、键价，在一定程度上使得局部结构无序，对介电弛豫有重要贡献。通过分子动力学模拟，研究了说明Bi和Nb可能形成固有反位缺陷，即一对缺陷偶极子，认为Bi和Nb形成固有反位缺陷可能是介电弛豫的来源之一。 3价离子 Fe3+、Sc3+、Dy3+、Gd3+、Nd3+、Y3+和La3+离子对α-BZN陶瓷A位Bi3+分别进行替代， 通过分子动力学模拟计算了替代离子X3+进入A位Bi3+和B位Nb5+的溶解能和替代能, 表明X3+进入A位Bi3+和B位Nb5+的可能性均存在。样品的键价和AV(O')和48f(O)的偏移量、介电弛豫峰值温度Tm均随着替代量不同而变化。四价离子Ti4+、Ru4+、Sn4+对B位Nb5+分别进行替代。随着替代量的增加样品的AV(O')增加，48f(O)偏移量增加，介电弛豫峰值温度Tm向低温方向移动；当替代离子为Zr4+时，变化相反，表明介电弛豫峰值温度移动与替代离子的半径的大小有关。表明在BZN结构中一般以48f氧偏移量来衡量四类原子的键合和能量平衡情况及配位体的变形程度，48f(O)的偏移量越大，即A位立方体越规则；48f(O)的偏移量越小，则B位八面体接近于正八面体。Bi基焦绿石型氧化物低温介电弛豫与弛豫型铁电体介电温谱的类同形式，我们对BaTiO3铁电陶瓷的铁电弛豫作了对比研究，施主和受主离子替代BaTiO3基陶瓷A和B 位，施主离子和受主离子浓度不平衡，电荷不能补偿，使得铁电体的长程有序被破坏，出现明显的介电驰豫现象。(Ba1-xCax)(Ti0.82Zr0.18)O3等体系的介电性能、弛豫行为以及分子动力学研究表明，异价离子电荷不平衡或者应力导致的随机场使铁电态长程序破坏导致介电驰豫现象。提出了在烧结过程中，缺陷簇形成于烧结中期，到陶瓷烧结后期一直存在体系中，导致了介电弛豫。这个模型将对该材料从工艺上可以改善介电弛豫特性有指导意义。探索了材料体系初步应用研究，制作微波谐振器和滤波器实验室原型器件。