论文部分内容阅读
CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷因其具有极高的介电常数而受到广泛关注,潜在应用价值极大。目前,CCTO陶瓷存在的主要问题是介电损耗较高,因而限制了其在商业上的实际应用。本论文针对上述问题,通过理论模拟和实验做了三部分的工作:（一）CaCu3Ti4O12陶瓷基本性能数值模拟;（二）CaCu3Ti4O12陶瓷在太赫兹频段的介电特性研究;（三）Nd2O3掺杂对CaCu3Ti4O12陶瓷在太赫兹频段的介电调制作用。第一部分,利用计算机进行模拟计算。用最先进的材料模拟软件Materials Studio模拟计算CCTO陶瓷的能量和光学性质。模拟结果:首先建立了CCTO模型结构,然后利用软件中的Reflex模块得到了CCTO的衍射图谱（XRD图谱）,再利用软件中的CASTEP模块得出了CCTO的能带图、态密度图和光学性质图谱,最后对计算结果进行了分析。第二部分,针对太赫兹（1 THz=1012Hz）电容器件发展的需求,实验研究了呈现巨介电和不呈现巨介电两种状态CCTO陶瓷在THz波段的介电响应特性。在微波波段,小颗粒（Φ<2μm）CCTO的介电常数εr小于700,无巨介电特征,而大颗粒（Φ>10μm）CCTO的εr大于2000,呈现巨介电特征;两组CCTO陶瓷的介电损耗值Tanδ在0.1到0.6之间。然而,在THz波段,两种颗粒度CCTO的介电常数几乎完全相等（εr=72±3）,且损耗不超过0.18。实验结果表明:CCTO陶瓷组分的离子极化率主导了在THz波段的介电常数εr,而大颗粒CCTO对THz电磁波的散射超过小颗粒CCTO,导致介电损耗值Tanδ上升。因此,在THz波段,降低CCTO颗粒大小不会影响介电常数,反而能够降低介电损耗。这一结果表明CCTO陶瓷是制备THz波段电容的理想介电材料。第三部分,报道了通过Nd2O3掺杂实现对CCTO介电陶瓷在太赫兹（THz）波段介电常数和损耗的调制。采用固相反应法制备了Nd2O3掺杂的CCTO样品。结构分析表明Nd离子掺杂不影响陶瓷的主晶相结构;形貌表征显示Nd离子掺杂的CCTO陶瓷晶粒尺寸随掺杂质量百分比增加而呈现先增大后减小的趋势,对晶粒有明显的细化作用;THz测试结果显示CCTO的实介电常数与晶粒尺寸变化趋势相反;介电损耗和晶粒尺寸变化趋势相同。结果表明,通过Nd2O3掺杂调制CCTO晶粒的大小,能够实现对THz波段的介电调制功能。