CaCu3Ti4O12 陶瓷介电模量响应特性的研究

李盛涛; 王辉; 林春江; 李建英

doi:10.7498/aps.62.087701

摘要

由于CaCu3Ti4O12巨介电常数陶瓷的低频区直流电导较大, 本文采用模量 M"-f频谱表征与分析了低频和高频的两个松弛极化过程. 研究认为, 这两个特征峰属于晶界区Schottky 势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程, 其中高频松弛峰起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 而低频松弛峰则为与氧空位有关的松弛极化过程. 对于CaCu3Ti4O12这类低频下具有高直流电导的陶瓷材料, 采用模量频谱能更有效地分析研究其损耗极化机理.

关键词:

Abstract

The DC conductivity of the CaCu3Ti4O12 ceramic is considerable at low frequency. The dielectric properties of the CaCu3Ti4O12 ceramics are analyzed by dielectric spectrum, and the two relaxation processes are characterized by the dielectric modulus. The two relaxation processes are considered which are dominated by the electronic relaxation of deep bulk traps at the depletion layer edge. The low-frequency and high-frequency relaxation processes are attributed to oxygen-vacancy-related defect and native defect, respectively. It is proved that the modulus response of the CaCu3Ti4O12 ceramic is equivalent to conductivity response at high temperature (low frequency), and the peak value of the M" is inversely proportional to capacitance. The activation energies calculated by conductivity and modulus are equivalent to each other. The modulus spectrum is more effective to the material which has high DC conductivity at low frequency such as CCTO ceramic.

Keywords:

作者及机构信息

1.
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(批准号:50972118, 50977071, 51177121)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50972118, 50977071, 51177121).

参考文献

[1]	Subramanian M A, Li D, Duan N, Reisner B A, Sleight A W 2000 Solid State Chem. 151 323
[2]	Ramirez A, Subramanian M, Gardel M, Blumberg G, Li D, Vogt D, Shapiro S M 2000 Solid State Comuun. 115 217
[3]	Homes C C, Vogt T, Shapiro S M, Wakimoto S, Ramirez A P 2001 Science 293 673
[4]	Adams T B, Sinclair D C, West A R 2006 Phys. Rev. B 73 094124
[5]	Marco A L C, Flavio L S, Edson R L, Alexandre J C L 2008 Appl. Phys. Lett. 93 182912
[6]	Li M, Feteira A, Sinclair D C, West A R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 232903
[7]	Cheng P F, Li S T, Zhang L, Li J Y 2008 Appl. Phys. Lett. 93 012902
[8]	Yang Y, Li S T, Ding C, Cheng P F 2011 Chin. Phys. B 20 025201
[9]	Li J, Li B, Zhai D, Li S T, Alim M A 2006 J. Phys. D:Appl. Phys. 39 4969
[10]	Cheng P F, Li S T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 187302 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛, 李建英 2012 物理学报 61 187302]
[11]	Cowley A M 1966 J. Appl. Phys. 37 3024
[12]	Liu J J, Duan C G, Yin W G, Mei W N, Smith R W, Hardy J R 2003 Phys. Rev. B 70 144106
[13]	Zhang L, Tang Z J 2003 Phys. Rev. B 70 174306
[14]	Jia R, Gu F, Wu Z H, Zhao X T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 207701 (in Chinese) [贾然, 顾访, 吴珍华, 赵学童, 李建英 2012 物理学报 61 207701]
[15]	Yang Y 2009 Ph.D. Dissertation (Xi'an:Xi'an Jiaotong University) (in Chinese) [杨雁 2009 博士学位论文(西安:西安交通大学)]
[16]	Zang G Z, Zhang J L, Zheng P, Wang J F, Wang C L 2005 J. Phys. D:Appl. Phys. 38 1824
[17]	Yu A Y C, Snow E H 1968 J. Appl. Phys. 39 3008

施引文献

[1]	Subramanian M A, Li D, Duan N, Reisner B A, Sleight A W 2000 Solid State Chem. 151 323
[2]	Ramirez A, Subramanian M, Gardel M, Blumberg G, Li D, Vogt D, Shapiro S M 2000 Solid State Comuun. 115 217
[3]	Homes C C, Vogt T, Shapiro S M, Wakimoto S, Ramirez A P 2001 Science 293 673
[4]	Adams T B, Sinclair D C, West A R 2006 Phys. Rev. B 73 094124
[5]	Marco A L C, Flavio L S, Edson R L, Alexandre J C L 2008 Appl. Phys. Lett. 93 182912
[6]	Li M, Feteira A, Sinclair D C, West A R 2006 Appl. Phys. Lett. 88 232903
[7]	Cheng P F, Li S T, Zhang L, Li J Y 2008 Appl. Phys. Lett. 93 012902
[8]	Yang Y, Li S T, Ding C, Cheng P F 2011 Chin. Phys. B 20 025201
[9]	Li J, Li B, Zhai D, Li S T, Alim M A 2006 J. Phys. D:Appl. Phys. 39 4969
[10]	Cheng P F, Li S T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 187302 (in Chinese) [成鹏飞, 李盛涛, 李建英 2012 物理学报 61 187302]
[11]	Cowley A M 1966 J. Appl. Phys. 37 3024
[12]	Liu J J, Duan C G, Yin W G, Mei W N, Smith R W, Hardy J R 2003 Phys. Rev. B 70 144106
[13]	Zhang L, Tang Z J 2003 Phys. Rev. B 70 174306
[14]	Jia R, Gu F, Wu Z H, Zhao X T, Li J Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 207701 (in Chinese) [贾然, 顾访, 吴珍华, 赵学童, 李建英 2012 物理学报 61 207701]
[15]	Yang Y 2009 Ph.D. Dissertation (Xi'an:Xi'an Jiaotong University) (in Chinese) [杨雁 2009 博士学位论文(西安:西安交通大学)]
[16]	Zang G Z, Zhang J L, Zheng P, Wang J F, Wang C L 2005 J. Phys. D:Appl. Phys. 38 1824
[17]	Yu A Y C, Snow E H 1968 J. Appl. Phys. 39 3008

[1]	戴芳博, 袁健美, 许凯燕, 郭政, 赵洪泉, 毛宇亮. 硒化锗纳米片在氧气和丁烷气体中的电导性能. 物理学报, 2021, 70(17): 178502. doi: 10.7498/aps.70.20210325
[2]	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. 物理学报, 2015, 64(12): 127701. doi: 10.7498/aps.64.127701
[3]	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
[4]	王辉, 林春江, 李盛涛, 李建英. CaCu3Ti4O12 陶瓷松弛损耗机理研究. 物理学报, 2013, 62(8): 087702. doi: 10.7498/aps.62.087702
[5]	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
[6]	贾然, 顾访, 吴珍华, 赵学童, 李建英. 简化共沉淀法制备CaCu3Ti4O12陶瓷及其介电性能研究. 物理学报, 2012, 61(20): 207701. doi: 10.7498/aps.61.207701
[7]	全军, T. C. Au Yeung, 邵乐喜. 基于自洽输运理论的介观体系动态电导的研究. 物理学报, 2011, 60(8): 087201. doi: 10.7498/aps.60.087201
[8]	隋兵才, 方粮, 张超. 单岛单电子晶体管的电导分析. 物理学报, 2011, 60(7): 077302. doi: 10.7498/aps.60.077302
[9]	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
[10]	陈焕庭, 吕毅军, 陈忠, 张海兵, 高玉琳, 陈国龙. 基于电容和电导特性分析GaN蓝光发光二极管老化机理. 物理学报, 2009, 58(8): 5700-5704. doi: 10.7498/aps.58.5700
[11]	刘鹏, 贺颖, 李俊, 朱刚强, 边小兵. 添加Nb对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响. 物理学报, 2007, 56(9): 5489-5493. doi: 10.7498/aps.56.5489
[12]	吴砚瑞, 陈效双, 傅英, 陆卫. 导电颗粒属性对各向异性导电粘合剂电导的影响. 物理学报, 2007, 56(6): 3509-3514. doi: 10.7498/aps.56.3509
[13]	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
[14]	刘小良, 徐慧, 马松山, 宋招权, 邓超生. 准二维无序系统的电子结构. 物理学报, 2006, 55(5): 2492-2497. doi: 10.7498/aps.55.2492
[15]	邓宇翔, 颜晓红, 唐娜斯. 量子点环的电子输运研究. 物理学报, 2006, 55(4): 2027-2032. doi: 10.7498/aps.55.2027
[16]	刘小良, 徐慧, 马松山, 邓超生, 郭爱敏. DNA分子链的电子局域性质及电导的研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5562-5567. doi: 10.7498/aps.55.5562
[17]	唐娜斯, 颜晓红, 丁建文. 管长和管径对单壁碳纳米管电导的影响. 物理学报, 2005, 54(1): 333-337. doi: 10.7498/aps.54.333
[18]	徐晓光, 王春忠, 刘伟, 孟醒, 孙源, 陈岗. Mg掺杂对Li(Co,Al)O2电子结构影响的第一原理研究. 物理学报, 2005, 54(1): 313-316. doi: 10.7498/aps.54.313
[19]	徐晓光, 魏英进, 孟醒, 王春忠, 黄祖飞, 陈岗. Mg, Al掺杂对LiCoO2体系电子结构影响的第一原理研究. 物理学报, 2004, 53(1): 210-213. doi: 10.7498/aps.53.210
[20]	王传奎, 江兆潭. 一类弯曲量子线的量子束缚态. 物理学报, 2000, 49(8): 1574-1579. doi: 10.7498/aps.49.1574

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