晶体结构研究结果

ztc

在室温下测得BaxSr1-xTiO3（x=0.45~0.9）系列陶瓷的X射线衍射谱图（见图2-4），然后计算出了各样品的晶格常数（见图2-5）。由图2-5可知，随着钡含量的增加，BST陶瓷的晶格常数逐渐增大，这是由于Ba2+半径大于Sr2+半径。


图2-5  BaxSr1-xTiO3陶瓷的晶格常数与组成关系图
Fig. 2-5 The lattice constant vs x in Ba1-xSrxTiO3 ceramics
由图2-5还可发现：当x≤0.6时，晶格常数a和c非常接近，即c/a =1，这说明此时BST陶瓷的晶体结构属于立方相；当x＞0.6时，晶格常数c大于a，即c/a ＞1，这说明此时BST陶瓷的晶体结构属于四方相。
2.3 介电性能研究结果
2.3.1 温度特性
为了测试BST陶瓷的介电性能，我们在陶瓷圆片的上下两面均被上银电极而得到Ag/BST/Ag电容器。采用HIOKI 3532-50 LCR测试仪得到了不同组成BST陶瓷的介电系数与温度的关系，如图2-6所示。由此图可知，各个样品的介温特性曲线都存在一个明显的峰值，根据各峰值对应的横坐标则可以确定不同组成BST陶瓷的居里温度(TC)。

图2-6  BaxSr1-xTiO3陶瓷的介温特性曲线
Fig. 2-6 The temperature dependence of the relative permittivity
for BaxSr1-xTiO3 ceramics at 1kHz
图2-7是不同组成BST陶瓷介电系数的倒数与温度的关系图。由此图可知，各个样品的曲线均在居里温度处存在剧烈突变，而且在居里温度以上满足居里-外斯定律。作高温部分曲线的反向延长线，其与横坐标相交处对应的温度即为则BST陶瓷的居里-外斯温度(T0)。

图2-7 BaxSr1-xTiO3陶瓷的介电系数倒数与温度的关系
Fig. 2-7 The temperature dependence of the inverse permittivity for BaxSr1-xTiO3 ceramics at 1kHz
BST陶瓷的居里温度和居里-外斯温度与组成的关系如图2-8所示。由此图可知，不同组成BST陶瓷的TC 都比T0高，其差值TC-T0在2 ~14℃范围内。据此我们可以判断BST陶瓷的相变属于一级相变。更为重要的是，由图2-6可知，居里温度和组成存在以下线性关系：
     TC (℃)=-195.0+322.2x                    (2-3)

图2-8 BaxSr1-xTiO3陶瓷的居里温度(TC)和居里外斯温度(T0)与组成的关系
Fig. 2-8 The Cuire temperatures (TC) and the Cuire-Weiss temperatures (T0) of BaxSr1-xTiO3 ceramics
2.3.2 频率特性
   
图2-9 室温下BaxSr1-xTiO3陶瓷的频率特性曲线
Fig.2-9 The frequency dependence of the dielectric constant (left) and loss (right) for BaxSr1-xTiO3 ceramics at room temperature and 1kHz.
图2-9是不同组成BST陶瓷的介电系数和介质损耗分别随频率变化的曲线。由此图容易看出：（1）当1kHz~1MHz频率范围内，介电系数都没有显著的变化，这可能是由于在低频时电子位移极化、离子位移极化和取向极化均起作用。（2）对大多数样品而言，当频率高于105Hz时，BST陶瓷的介质损耗随频率增大而增大，这可能是由于BST陶瓷中存在的缺陷（如空位、可移动的离子等）所致。
2.3.3 电滞回线


      
   
图2-10 室温下BaxSr1-xTiO3陶瓷的电滞回线: (a) x=0.45, (b) x=0.5,
(c) x=0.6, (d) x=0.65, (e) x=0.8, (f) x=0.9
Fig.2-10 Room temperature hysteresis loops of BaxSr1-xTiO3 ceramics:
(a) x=0.45, (b) x=0.5, (c) x=0.6, (d) x=0.65, (e) x=0.8, (f) x=0.9
图2-10是不同组成BST陶瓷的电滞回线。由这一组图可以看出, 当x≤0.6时，BST陶瓷无明显的电滞回线；而当x≥0.65时，可以观察到典型的电滞回线。这些结果说明在室温下x≥0.65的BST陶瓷的晶体结构属于铁电相，而x≤0.6的BST陶瓷的晶体结构属于顺电相。
根据图2-10可以得到BST陶瓷的剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(EC)与组成的关系，如图2-11所示。由此图可知，除了x≤0.5的样品以外，BST陶瓷的Pr和EC都随Ba/Sr增大而增大。剩余极化强度随Ba/Sr变化的原因可能是Ba2+半径比 Sr2+半径大。矫顽场强随Ba/Sr变化的原因可能是在相同烧结温度下得到的Ba含量较高的BST陶瓷晶粒较小，而小晶粒中的电畴翻转更困难，即矫顽场强更大。

图2-11  BST陶瓷的剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(EC)与组成的关系
Fig. 2-11 The coercive electric field (EC) and the remanent polarization (Pr) of
BaxSr1-xTiO3 ceramics