高介电常数电子材料制备及其电性能研究

TN24中图分类号：摘

要

A 文献标识码：

1672-789415-078-02文章编号：（2011）

实验利用传统的电子陶瓷制备工艺，制备了纯本文研究了CCTO 陶瓷的合成，对其结构以及高介电性能作了深入分析。

CaCu 3Ti 4O 12（CCTO ）陶瓷，并且研究了结构及介电性。实验

结果表明：CCTO 陶瓷样品生成具有单一相的钙钛矿结构。纯CCTO 陶瓷具有稳定的介电性能、相对高的介电常数和相对低的介电损耗。在室温条件下，介电常数基本上能够达到

2实验

本实验所用原料为分析纯的碳酸钙（CaCO 3）、氧化铜（CuO ）、二氧化钛（TiO 2），按照化学计量比进行配料。采用传统电子陶瓷制备工艺制备陶瓷。混合后置于球磨罐中，用无水乙醇作为球磨介质，球磨24h ，将烘干后的粉末过筛。然后，将CaCu 3Ti 4O 12粉末和聚乙烯醇(PVA)均匀混合，把它们放在玛瑙研钵中研磨2小时，经过粘结剂造粒后，压制成直径13mm ，厚3mm 的圆片形坯体，再在1100℃烧结5个小抛光后，涂时，得到烧结陶瓷样品。陶瓷样品表面经过磨平、覆银电极。采用X 射线衍射仪（发射源为CuK α）进行样品的晶体结构分析，样品的介电常数和损耗采用程控炉和阻抗分析仪（HP 4192A 阻抗分析仪）测量样品的电容值，测定了不同频率下陶瓷样品的介电常数(εr) 和介电损耗(tanδ) 。

10，并观察到CCTO 陶瓷具有介电现象。

4

关键词高介电常数

CaCu 3Ti 4O 12陶瓷介电性能

Studying the Fabrication and Dielectric Property of CaCu 3Ti 4O 12Ceramic //Chen Zeting

Abstract CaCu 3Ti 4O 12（CCTO ）ceramics were prepared by the conventional ceramic technique.The microstructure and dielectric properties of the ceramics were investigated.The results indic-ated that CCTO ceramics were of pure perovskite structure when sintered directly without calcined. All the ceramics show temperature -stable dielectric characteristics, and the relative high permittivity and low dielectric losses as well. Dielectric constant at room temperature reached 104from 100Hz to 1MHz. CCTO ceramics were investigated together with frequency and temperature dependence of dielectric properties in the range of 1kHz ～100kHz and -200～100℃. The results showed that the dielectric relaxation of the ceramics .

Key words high dielectric c onstant;CaCu 3Ti 4O 12ceramic; dielectric property

Author ' s address Guangdong Radio &TV University,510091, Guangzhou, Guangdong,China

3实验结果及讨论

I n t e n s i t y (a . u )

CaCu 3Ti 4O 12

[**************]

CaCu 3Ti 4O 12

0.80.60.40.30.20.1

[***********]040000

1KHz

10KHz 100KHz

CCTO

10

1KHz 10KHz 100KHz

CCTO

1

tan 觟

[1**********]00

t a n δ

ε

ε

0.1

10203040

图1在1100℃烧结5h 的CCTO 陶瓷XRD 图

2θ(degree)

5060708090

102

Frequency(Hz)

[1**********]8-200-160-100-60

Temperature(℃)

060100

0.01

-200-160-100-60

Temperature(℃)

060100

图2纯CCTO 陶瓷的室温介电频谱图3纯CCTO 陶瓷样品介电温谱图4纯CCTO 陶瓷样品介电损耗温谱

3.1XRD 结构分析

图1为在1100℃烧结5h 得到的CCTO 陶瓷样品的XRD 衍射图谱。由图可见，样品形成了单一的钙钛矿结构（ABO3）的固溶体，并且基本上没有观察到其他杂相的存在，）类钙钛矿结构的CCTO 单相(JCPDS形成了体心立方（bcc

Cu 2+都已经基本上共同占据了No ．75—2188) ，这表明Ca 2+、钙钛矿结构的A 位，所以才形成了单一的CCTO 晶相。而且，从图中可以看出，样品的各个衍射主峰均清晰尖锐，表明晶面结晶良好。另外，传统预烧-烧结工艺制备CCTO 陶瓷中常含有少量的CaTiO 3和TiO 2相，而从XRD 图谱中可以看到，直接烧结的陶瓷样品基本上没有出现多余的杂峰。这可能是由于碳酸钙（CaCO 3）分解生成氧化钙（CaO ）后立刻与氧化铜（CuO ）、二氧化钛（TiO 2）反应形成低熔点(约919℃) 的共晶体，从而进一步促进CCTO 陶瓷烧结。[6]3.2介电性能

图2为纯CCTO 陶瓷样品在室温条件下（300K ）的介电频谱图。由图可以看出，在室温条件下，陶瓷在100Hz 到1M Hz 的频率内，具有相对高的介电常数，介电常数值基本上在8000以上，而在100Hz 时所测得的介电常数εr 最大，

1引言

CaCu 3Ti 4O 12（CCTO ，钛酸铜钙) 是一种具有钙钛矿结构的钛酸盐，其晶体结构为体心立方(Im3)，该材料为反铁磁性的

[1]

CaCu 3Ti 4O 12是一种高介电常数材料。绝缘体。所谓高介电常

数材料是指介电常数（ε）大于二氧化硅(ε=3.9)的介电材料的泛称。国内外对其进行了深入的研究，该材料目前已广泛应用于制造电容器和动态存储器（DRAM ）等各种电子器件中。

[2]

CaCu 3Ti 4O 12近年来，（CCTO ）受到了越来越广泛的关注。Subramanian 以及他的工作小组最早发现具有巨在2000年，

介电常数的CaCu 3Ti 4O 12铁电陶瓷材料，并于2000年3月3日首次在《Jounal of Solid State Chemistry 》上发表报道了这种材料。CCTO 铁电陶瓷材料正是由于具有反常的高介电常数、优异的热稳定性和强烈的非线性等性能，成为当前介电研究领域的一种具有广泛应用前景的材料。[2-5]

78

随着频率的逐渐增加，介电损耗也逐渐增大，在1M Hz 时达到0.55。

10KHz 、图3和图4分别是CCTO 陶瓷在1KHz 、100KHz 三个频率下，从-200℃到100℃时所测得的介电常数和介电损耗温谱。从图3可以看出样品具有较高的介电100℃时几乎达基本上稳定在8000以上，常数，在1KHz 下，到20000。随着测量频率的逐渐增大，介电常数也逐渐降低。而陶瓷具有较低的介电损耗。

从图4可知，从-50℃到100℃时，损耗因子tan δ基本在0.1到0.3之间，而且出现的介电损耗峰有一定的宽度，损耗峰的位置随着频率的增加向高温方向移动，且损耗峰逐渐增加。

由CCTO 的介电常数和介电损耗与温度的关系可以看出，纯CCTO 陶瓷存在介电弛豫现象。极化弛豫是指当电介质受静电场作用时，要经过一段时间后，内部的极化强度才能达到相应的数值的现象，其所经过的这段时间称为弛豫（上接第45页）

识点就让学生实践操作，通过实践理解知识。这样，内容讲解就不仅仅靠教师介绍，学生通过实践体验也可以学习新的内容。这种将传统的理论讲授改革为体验式学习的方式，能够调动学生的学习积极性，培养学生的创新能力。3.2更新实践教学内容

有趣的实践内容能够吸引学生，激发学生的学习主动性。学生刚开始接触Java 语言时是怀着既好奇又兴奋的心情进入教室，认为学完这门课程以后，自己也可以像电脑公司的那些程序设计人员一样，设计、开发软件，成为一名软术语、语法、件工程师。可随着大量难以记忆和理解的概念、

远离实际应用的实验的出现，学生开始感觉课程的枯燥、乏味，甚至思维混乱，逐渐失去了学习兴趣。

针对这种情况，我们应该补充一些当前在计算机行业广泛应用的新题目来吸引学生，比如使用Java 语言开发手机程序，让学生自己编程开发手机小程序，比如小游戏、小应用等。将自己的程序下载到手机中，学生就会看到开发成果的实用价值，体会到自己的努力能够解决实际问题，感受到学习的乐趣。内容的更新会激发学生的学习积极性与创新性。3.3改革实践教学安排

改变传统的“先理论，后实践”形式，让实践与理论并行。在理论授课的同时开展实践教学。可以在讲授到相关知识点前就把题目布置给学生，让学生主动查找资料来寻求解决方案。这样在课堂讲解时，学生就会带着问题来学习，变被动学习为主动学习。3.4改革评价体系

Java 程序设计课程的总评成绩一般由期末考试成绩和

参考文献

成CCTO 陶瓷这种温度特性可能是由于该材料的介电弛豫是一种热激活过程，随着温度的升高，晶粒运动加快，弛豫时间缩短，从而导致频率增加，损耗峰上扬的现象。

4结论

利用传统的电子陶瓷制备工艺制备了纯CCTO 陶瓷，形成单一的钙钛矿结构固溶体，基本上没有出现多余杂质；陶瓷具有高介电常数、低介电损耗，介电温度稳定性优异，尤

CCTO 陶瓷介电常数基本其在室温条件下，从100到1M Hz ，

在8000以上。在CCTO 陶瓷的介电温谱观察到其介电弛豫现象。参考文献

[1]余之松, 任桂华.CaCu 3Ti 4O 12高介电陶瓷材料的制备和性能研究

[J].2008,24(1):10-11.

[2]徐洋, 钟朝位, 张树人.CaCu 3Ti 4O 12介电材料的研究进展[J].材料导

报,2007,21(5):25.

编辑黄严磊

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平时成绩组成。平时成绩包括平时表现和实验成绩，期末考试一般是笔试，成绩占总评的50%至70%。可以看出，总评成绩还是以笔试考试成绩为主。传统的考核评价体系不能真正反映学生运用计算机知识解决问题的能力和实际动手能力。为了更好地考查学生对知识的掌握程度和实际动手Java 程序设计期末考试改革为上机考试：能力，教师给出题目要求，学生上机编程实现。上机考试是对学生综合能力的考核，不但反映了基础知识的掌握情况，更能反映出学生实际操作水平的高低。同时，上机考试也可以督促学生重视实践能力的培养。

4结语

信息技术的发展对人才培养提出了新的要求，也给教师带来了新的挑战。本文就Java 程序设计课程的实践教学环节提出了改革措施，能较好地提高学生的自主学习能力和创新能力。这些措施还需要在今后的教学过程中不断完善，以满足社会对应用型人才的需求，保障实践教学质量。

[1]朱正伟, 刘东燕, 何敏. 加强高校实践教学的探索与实践[J].中国大

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[2]程建芳. 借鉴国外经验, 强化应用型本科教育实践教学[J].中国高

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编辑杨呈祥79