[发明专利]一种低电场介电可调铌掺杂钡铁氧体材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种低电场介电可调铌掺杂钡铁氧体材料及制备方法，该陶瓷为单相多晶材料，在钡铁氧体本身具有优良磁性能的基础上，通过Nb⁵⁺取代BaFe₁₂O₁₉晶格中的部分Fe³⁺，使得体系内产生由其引入的Fe²⁺，Nb⁵⁺掺杂产生的Fe²⁺和体系内其它的Fe³⁺形成稳定的缺陷偶极子。得到的铌掺杂钡铁氧体陶瓷，具有超高的介电常数以及超低电场驱动的介电可调特性。其制备方法为：采用溶胶凝胶法，结合空气气氛及高氧气氛协同烧结工艺最终形成铌掺杂钡铁氧体单相陶瓷。本发明工艺过程简单、制备周期短、成本低廉，可精确控制掺杂量，得到的铌掺杂钡铁氧体材料表现出在超低调制电场下的介电可调性。这种铌掺杂的钡铁氧体陶瓷可应用于制备移相器，可变电容器，参量器件等可调器件。

技术领域

本发明涉及一种低电场介电可调铌掺杂钡铁氧体材料及制备方法，属于介电可调及高介、高磁多功能复合单相陶瓷领域。

背景技术

介电可调材料的介电常数随着外电场的变化发生非线性的变化，也即通过施加直流电场可调节这种材料的介电常数的大小。由于介电可调材料在介质移相器、可变电容器、参量器件等可调器件领域有着广泛的应用，得到研究者的广泛关注。

很多材料都有介电可调性能，包括铁电陶瓷钛酸钡和它的固溶体，铁电体锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O₃(PZT)，酒石酸铊锂，铅基钙钛矿型弛豫型铁电体(Pb，Sr)TiO₃(PST)，Pb(Mg，Nb)O₃-PbTiO₃(PMNT)等等。这些材料已经被应用于制备介电可调器件。众所周知，上述材料大多为铁电体，其铁电性与晶体结构密切相关，自发极化来源于晶格中正负离子的位移。显然，为了通过外电场改变这种极化方向以改变对外表现出的介电常数，就必须改变离子位移的方向，也即涉及离子位移以及晶格畸变，这通常需要较高的能量。因此，利用这种材料制备的介质移相器需要10～100kV/cm高的直流电场才能实现有效的相位移动，这明显限制了其在移相器等介电可调器件，特别限制了在无法提高介电调制驱动电压的体系中得到广泛应用。