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直流老化对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

赵学童 廖瑞金 李建英 王飞鹏

直流老化对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

赵学童, 廖瑞金, 李建英, 王飞鹏
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  • 在电场为3.5 kV/cm的条件下, 对CaCu3Ti4O12陶瓷进行了60 h的直流老化, 研究了老化过程对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能和电气特性的影响. J-E特性测试结果表明, 直流老化导致CaCu3Ti4O12陶瓷击穿场强、非线性系数和势垒高度明显降低. 介电性能测试结果表明, 低频介电常数和介电损耗明显增大, 并且介电损耗随频率的变化遵从Debye弛豫理论, 可分解为直流电导损耗和弛豫损耗, 直流老化主要导致了电导损耗的增加. 在低温233 K, 介电损耗谱中出现两个弛豫峰, 其活化能分别为0.10, 0.50 eV, 认为对应着晶粒和畴界的弛豫过程, 且不随直流老化而变化. 通过电模量谱对CaCu3Ti4O12陶瓷的弛豫过程进行了表征, 发现直流老化导致的界面空间电荷在外施交变电场的作用下符合Maxwell-Wagner极化效应, 并在低频区形成新的弛豫峰. 在高温323-473 K的阻抗谱中, 晶界弛豫峰在直流老化后明显向高频移动, 其对应的活化能从1.23 eV 下降到0.72 eV, 晶界阻抗值下降了约两个数量级. 最后, 建立了CaCu3Ti4O12陶瓷的阻容电路模型, 分析了介电弛豫过程与电性能之间的关联.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51407019)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:106112015CDJZR155509)和访问学者基金(批准号:2007DA10512713408)资助的课题.
    [1]

    Yang C P, Li M Y, Song X P, Xiao H B, Xu L F 2012 Acta Phys. Sin. 61 197702 (in Chinese) [杨昌平, 李旻奕, 宋学平, 肖海波, 徐玲芳 2012 物理学报 61 197702]

    [2]

    Subramanian M A, Li D, Duan N, Reisner B A, Sleight A W 2000 J. Solid State Chem. 151 323

    [3]

    Homes C C, Vogt T, Shapiro S M, Wakimoto S, Ramirez A P 2001 Science 293 673

    [4]

    He L X, Neaton J B, Cohen M H, Vanderbilt D 2002 Phys. Rev. B 65 214112

    [5]

    Cohen M H, Neaton J B, He L X, Vandebilt D 2003 J. Appl. Phys. 94 3299

    [6]

    Fang T T, Liu C P 2005 Chem. Mater. 17 5167

    [7]

    Li W, Schwartz R W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 242906

    [8]

    Li W, Schwartz R W, Chen A P, Zhu J S 2002 Appl. Phys. Lett. 80 2153

    [9]

    Bärner K, Luo X J, Song X P, Hang C, Chen S S, Medvedeva I V, Yang C P 2011 J. Mater. Res. 26 36

    [10]

    Luo X J, Yang C P, Song X P, Xu L F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3516 (in Chinese) [罗晓婧, 杨昌平, 宋学平, 徐玲芳 2010 物理学报 59 3516]

    [11]

    Shao S F, Zhang J L, Zheng P, Zhong W L, Wang C L 2006 J. Appl. Phys. 99 084106

    [12]

    Fang T T, Shiau H K 2004 J. Am. Ceram. Soc. 87 2072

    [13]

    Chen L, Chen C L, Lin Y, Chen Y B, Chen X H, Bontchev R P, Park C Y, Jacobson A J 2003 Appl. Phys. Lett. 82 2317

    [14]

    Yang Y, Li S T, Ding C, Cheng P F 2011 Chin. Phys. B 20 025201

    [15]

    Zhao X T, Li J Y, Li H, Li S T 2012 J. Appl. Phys. 111 124106

    [16]

    Levinson L M, Philipp H R 1976 J. Appl. Phys. 47 1117

    [17]

    Clarke D R 1999 J. Am. Ceram. Soc. 82 485

    [18]

    Mukae K, Tsuda K, Nagasawa I 1977 Jpn. J. Appl. Phys. 16 1361

    [19]

    Chen J D, Liu Z Y 1982 Dielectric Physics (Beijing: Mechanical Industry Press) p151 (in Chinese) [陈季丹, 刘子玉 1982 电介质物理学 (北京: 机械工业出版社) 第151页]

    [20]

    Zhao X T, Liao R J, Liang N C, Yang L J, Li J, Li J Y 2014 J. Appl. Phys. 116 014103

    [21]

    Li J Y, Zhao X T, Li S T, Alim M A 2010 J. Appl. Phys. 108 104104

    [22]

    Roling B, Happe A, Funke K, Ingram M D 1997 Phys. Rev. Lett. 78 2160

    [23]

    Liu J J, Duan C G, Yin W G, Mei W N, Smith R W, Hardy J R 2004 Phys. Rev. B 70 144106

    [24]

    Sinclair D C, West A R 1989 J. Appl. Phys. 66 3850

    [25]

    Ishikawa H, Ohki Y 2008 IEEJ Trans. Fundam. Mater. 128 647

    [26]

    Liu L, Fan H, Wang L, Chen X, Fang P 2008 Philos. Mag. 88 537

    [27]

    Hong Y W, Kim J H 2004 Ceram. Int. 30 1307

    [28]

    Zhang J L, Zheng P, Wang C L, Zhao M L, Li J C, Wang J F 2005 Appl. Phys. Lett. 87 142901

  • [1]

    Yang C P, Li M Y, Song X P, Xiao H B, Xu L F 2012 Acta Phys. Sin. 61 197702 (in Chinese) [杨昌平, 李旻奕, 宋学平, 肖海波, 徐玲芳 2012 物理学报 61 197702]

    [2]

    Subramanian M A, Li D, Duan N, Reisner B A, Sleight A W 2000 J. Solid State Chem. 151 323

    [3]

    Homes C C, Vogt T, Shapiro S M, Wakimoto S, Ramirez A P 2001 Science 293 673

    [4]

    He L X, Neaton J B, Cohen M H, Vanderbilt D 2002 Phys. Rev. B 65 214112

    [5]

    Cohen M H, Neaton J B, He L X, Vandebilt D 2003 J. Appl. Phys. 94 3299

    [6]

    Fang T T, Liu C P 2005 Chem. Mater. 17 5167

    [7]

    Li W, Schwartz R W 2006 Appl. Phys. Lett. 89 242906

    [8]

    Li W, Schwartz R W, Chen A P, Zhu J S 2002 Appl. Phys. Lett. 80 2153

    [9]

    Bärner K, Luo X J, Song X P, Hang C, Chen S S, Medvedeva I V, Yang C P 2011 J. Mater. Res. 26 36

    [10]

    Luo X J, Yang C P, Song X P, Xu L F 2010 Acta Phys. Sin. 59 3516 (in Chinese) [罗晓婧, 杨昌平, 宋学平, 徐玲芳 2010 物理学报 59 3516]

    [11]

    Shao S F, Zhang J L, Zheng P, Zhong W L, Wang C L 2006 J. Appl. Phys. 99 084106

    [12]

    Fang T T, Shiau H K 2004 J. Am. Ceram. Soc. 87 2072

    [13]

    Chen L, Chen C L, Lin Y, Chen Y B, Chen X H, Bontchev R P, Park C Y, Jacobson A J 2003 Appl. Phys. Lett. 82 2317

    [14]

    Yang Y, Li S T, Ding C, Cheng P F 2011 Chin. Phys. B 20 025201

    [15]

    Zhao X T, Li J Y, Li H, Li S T 2012 J. Appl. Phys. 111 124106

    [16]

    Levinson L M, Philipp H R 1976 J. Appl. Phys. 47 1117

    [17]

    Clarke D R 1999 J. Am. Ceram. Soc. 82 485

    [18]

    Mukae K, Tsuda K, Nagasawa I 1977 Jpn. J. Appl. Phys. 16 1361

    [19]

    Chen J D, Liu Z Y 1982 Dielectric Physics (Beijing: Mechanical Industry Press) p151 (in Chinese) [陈季丹, 刘子玉 1982 电介质物理学 (北京: 机械工业出版社) 第151页]

    [20]

    Zhao X T, Liao R J, Liang N C, Yang L J, Li J, Li J Y 2014 J. Appl. Phys. 116 014103

    [21]

    Li J Y, Zhao X T, Li S T, Alim M A 2010 J. Appl. Phys. 108 104104

    [22]

    Roling B, Happe A, Funke K, Ingram M D 1997 Phys. Rev. Lett. 78 2160

    [23]

    Liu J J, Duan C G, Yin W G, Mei W N, Smith R W, Hardy J R 2004 Phys. Rev. B 70 144106

    [24]

    Sinclair D C, West A R 1989 J. Appl. Phys. 66 3850

    [25]

    Ishikawa H, Ohki Y 2008 IEEJ Trans. Fundam. Mater. 128 647

    [26]

    Liu L, Fan H, Wang L, Chen X, Fang P 2008 Philos. Mag. 88 537

    [27]

    Hong Y W, Kim J H 2004 Ceram. Int. 30 1307

    [28]

    Zhang J L, Zheng P, Wang C L, Zhao M L, Li J C, Wang J F 2005 Appl. Phys. Lett. 87 142901

  • [1] 成鹏飞, 王辉, 李盛涛. CaCu3Ti4O12陶瓷的介电特性与弛豫机理. 物理学报, 2013, 62(5): 057701. doi: 10.7498/aps.62.057701
    [2] 杨昌平, 李旻奕, 宋学平, 肖海波, 徐玲芳. 氧含量对CaCu3Ti4O12巨介电常数和介电过程的影响 . 物理学报, 2012, 61(19): 197702. doi: 10.7498/aps.61.197702
    [3] 罗晓婧, 杨昌平, 宋学平, 徐玲芳. 巨介电常数氧化物CaCu3Ti4O12的介电和阻抗特性. 物理学报, 2010, 59(5): 3516-3522. doi: 10.7498/aps.59.3516
    [4] 邵守福, 郑 鹏, 张家良, 钮效鵾, 王春雷, 钟维烈. CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构和电学性能. 物理学报, 2006, 55(12): 6661-6666. doi: 10.7498/aps.55.6661
    [5] 杨雁, 李盛涛. CaCu3Ti4O12陶瓷的微观结构及直流导电特性. 物理学报, 2009, 58(9): 6376-6380. doi: 10.7498/aps.58.6376
    [6] 赵彦立, 曹光旱, 焦正宽. CaCu3Ti4O12块材和薄膜的巨介电常数. 物理学报, 2003, 52(6): 1500-1504. doi: 10.7498/aps.52.1500
    [7] 刘鹏, 边小兵, 张良莹, 姚熹. (PbBa)(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电/弛豫型铁电相界陶瓷的相变与介电、热释电性质. 物理学报, 2002, 51(7): 1628-1633. doi: 10.7498/aps.51.1628
    [8] 丁南, 唐新桂, 匡淑娟, 伍君博, 刘秋香, 何琴玉. 锰掺杂对Ba(Zr, Ti)O3陶瓷压电与介电性能的影响. 物理学报, 2010, 59(9): 6613-6619. doi: 10.7498/aps.59.6613
    [9] 张丽娜, 赵苏串, 郑嘹赢, 李国荣, 殷庆瑞. 复合层状Bi7Ti4NbO21铁电陶瓷的结构与介电和压电性能研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2346-2351. doi: 10.7498/aps.54.2346
    [10] 李智敏, 施建章, 卫晓黑, 李培咸, 黄云霞, 李桂芳, 郝跃. 掺铝3C-SiC电子结构的第一性原理计算及其微波介电性能. 物理学报, 2012, 61(23): 237103. doi: 10.7498/aps.61.237103
    [11] 杨如霞, 卢玉明, 曾丽竹, 张禄佳, 李冠男. 钆掺杂对0.7BiFe0.95Ga0.05O3-0.3BaTiO3陶瓷的结构、介电性能和多铁性能的影响. 物理学报, 2020, 69(10): 107701. doi: 10.7498/aps.69.20200175
    [12] 周静, 刘存金, 李儒, 陈文. 异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响. 物理学报, 2012, 61(6): 067401. doi: 10.7498/aps.61.067401
    [13] 陈超, 江向平, 卫巍, 李小红, 魏红斌, 宋福生. (K0.45Na0.55)NbO3无铅压电晶体的生长形态与介电性能研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107704. doi: 10.7498/aps.60.107704
    [14] 朱珺钏, 金灿, 陈小兵, 单丹. B位等价掺杂SrBi4Ti4O15铁电材料的性能研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7235-7240. doi: 10.7498/aps.58.7235
    [15] 马建华, 孙璟兰, 孟祥建, 林 铁, 石富文, 褚君浩. SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性. 物理学报, 2005, 54(3): 1390-1395. doi: 10.7498/aps.54.1390
    [16] 洪兰秀, 黄集权, 韩高荣, 翁文剑, 杜丕一. Fe-Ni-BaTiO3复合材料的介电行为及其机理研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3664-3669. doi: 10.7498/aps.55.3664
    [17] 李国荣, 张丽娜, 王天宝, 丁爱丽, 赵苏串. Na0.25K0.25Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的介电特性研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3711-3715. doi: 10.7498/aps.55.3711
    [18] 刘鹏, 姚熹. La调节Pb(Zr,Sn,Ti)O_3反铁电陶瓷的相变与电学性质. 物理学报, 2002, 51(7): 1621-1627. doi: 10.7498/aps.51.1621
    [19] 黄禹田, 王煜, 朱敏敏, 吕婷, 杨洪春, 李翔, 王秀章, 刘美风, 李少珍. (1-x)Sr3Sn2O7+xCa3Mn2O7陶瓷合成及其光电性能. 物理学报, 2018, 67(15): 154203. doi: 10.7498/aps.67.20180954
    [20] 梁荣庆, 卫永霞, 钱晓梅, 俞笑竹, 叶 超, 宁兆元. O2掺杂对SiCOH低k薄膜结构与电学性能的影响. 物理学报, 2007, 56(2): 1172-1176. doi: 10.7498/aps.56.1172
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-10
  • 修回日期:  2015-02-03
  • 刊出日期:  2015-06-20

直流老化对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

  • 1. 重庆大学, 输变电装备及系统安全与新技术国家重点实验室, 重庆 400044;
  • 2. 西安交通大学, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(批准号:51407019)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:106112015CDJZR155509)和访问学者基金(批准号:2007DA10512713408)资助的课题.

摘要: 在电场为3.5 kV/cm的条件下, 对CaCu3Ti4O12陶瓷进行了60 h的直流老化, 研究了老化过程对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能和电气特性的影响. J-E特性测试结果表明, 直流老化导致CaCu3Ti4O12陶瓷击穿场强、非线性系数和势垒高度明显降低. 介电性能测试结果表明, 低频介电常数和介电损耗明显增大, 并且介电损耗随频率的变化遵从Debye弛豫理论, 可分解为直流电导损耗和弛豫损耗, 直流老化主要导致了电导损耗的增加. 在低温233 K, 介电损耗谱中出现两个弛豫峰, 其活化能分别为0.10, 0.50 eV, 认为对应着晶粒和畴界的弛豫过程, 且不随直流老化而变化. 通过电模量谱对CaCu3Ti4O12陶瓷的弛豫过程进行了表征, 发现直流老化导致的界面空间电荷在外施交变电场的作用下符合Maxwell-Wagner极化效应, 并在低频区形成新的弛豫峰. 在高温323-473 K的阻抗谱中, 晶界弛豫峰在直流老化后明显向高频移动, 其对应的活化能从1.23 eV 下降到0.72 eV, 晶界阻抗值下降了约两个数量级. 最后, 建立了CaCu3Ti4O12陶瓷的阻容电路模型, 分析了介电弛豫过程与电性能之间的关联.

English Abstract

参考文献 (28)

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