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钛酸锶钡[(Ba,Sr)TiO3,BST]铁电固溶体因其具有优良的介电性能、良好的可调率以及高的热释电系数,和居里温度可调等优点,而被认为是极有发展前景的材料之一,被广泛用于制作铁电存储器、相移器、高频电容器以及非制冷红外探测器等器件。
本文采用传统的固相烧结工艺制备了纯的和掺杂的Ba0.8Sr0.2TiO3陶瓷,研究了制备工艺对BST陶瓷结构与性能的影响,结果表明:制备BST陶瓷的最佳预烧和烧结温度分别为1000℃和1310℃;预烧升温速率对BST陶瓷的热释电性能影响明显,而烧结升温速率对陶瓷的热释电系数的影响不大;陶瓷成型压力对BST陶瓷的热释电性能也有显著影响。在1000℃预烧2h,1310℃烧结1h制备的BST陶瓷的SEM结果显示陶瓷结构致密,气孔率较低;在室温下测得相对介电常数为1751,介电损耗为0.0071;热释电系数达到4899gμC·m-2·K-1,相应的热释电探测率优值为1.46×10-4m3/2·j-1·-1/2。应用优化的陶瓷制备工艺,研究了Mn和Nb掺杂对BST陶瓷结构与电性能的影响规律,实验结果表明,适量的Mn和Nb掺杂均能改善BST。陶瓷的微结构,提高热释电系数。当Mn掺杂量为0.3wt％时,室温下100kHz下测得BST陶瓷的相对介电常数为1199,介电损耗为0.0052。热释电系数为5982gμC·m-2·K-1,相应的热释电探测率优值达到2.51×10-4m3/2·J-1·F-1/2。而当Nb2O5掺杂量为0.3wt％时,BST陶瓷的相对介电常数减小到996,介电损耗为0.0050。居里温度附近的热释电系数峰值为9309μC·m-2·K-1,探测率优值达到4.38×10-4m3/2·J-1·F-1/2,有望在非制冷红外探测器领域获得实际应用。