[发明专利]一种低电场高介电可调锆掺杂钡铁氧体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低电场高介电可调锆掺杂钡铁氧体及其制备方法，所述的锆掺杂钡铁氧体陶瓷为单相材料，通过Zr⁴⁺取代BaFe₁₂O₁₉晶格中的部分Fe³⁺，形成共存于体系中由锆掺杂引入的Fe²⁺，相应的Fe²⁺和体系中的相关Fe³⁺之间形成稳定的缺陷偶极子对，得到的锆掺杂钡铁氧体陶瓷，在优异磁性能的基础上，同时具有高的介电常数、高的介电可调性和极低的介电可调驱动电场。本发明采用溶胶凝胶制备方法和空气气氛及高氧气氛协同烧结工艺，过程简单、可控性强、制备周期短、成本低廉，可以得到在超低调制电压下表现出高介电调谐率的单相锆掺杂钡铁氧体陶瓷材料。这种锆掺杂钡铁氧体陶瓷在介电可调器件和磁、电复合多功能器件领域有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种低电场高介电可调的锆掺杂钡铁氧体陶瓷材料及其制备方法，这种材料同时是一种磁、电共存材料，属于介电可调及磁、电共存单相陶瓷领域。

背景技术

随着集成微电子器件的飞速发展，介电可调材料由于其巨大的潜在应用价值，得到研究者的广泛关注。介电可调材料可用于制备可变电容器、介质移相器、滤波器、混频器、振荡器等元器件，应用前景十分乐观。

目前研究较多的介电可调材料主要集中于铁电材料，包括铁电陶瓷钛酸钡BaTiO₃(BT)以及它的固溶体，铁电体锆钛酸铅Pb(Ti,Zr)O₃和铅基钙钛矿型弛豫型铁电体钛酸铅(Pb,Sr)TiO₃(PST)等，这些材料都表现出了非常明显的介电非线性，已经被实际应用于可调器件中。然而，对于上述介电可调材料，大多具有明显的铁电性，且其铁电性的来源与晶体结构密切相关。自发极化来源于晶格中的正负离子电荷中心的位移，那么极化状态的改变必然与正负离子的位移以及晶格畸变密切相关，而离子位移和晶格畸变的产生通常需要较高的能量。因此对于这类材料，一般需要高的调制电压，通常在10～100kV/cm的强电场下才能使介电常数产生比较明显的随电场变化的变化，这意味着通常要在高直流偏置电场下才能实现有效的介电调谐，这明显限制了其在可调器件中的广泛应用。