電紡鑭摻雜鈦酸鋇陶瓷纖維的製備及其介電性能

2021-01-15 Espun

作為電子陶瓷工業的基礎材料,BaTiO3(BTO)具有優異的介電和壓電性能。在本工作中,通過靜電紡絲PAT製備了純相BTO和鑭摻雜Ba(1-x)LaxTiO3(BLxT)纖維(x=0.003、0.006、0.009和0.012)。熱處理後的所有纖維均為四方相,且具有良好的結晶度。

此外,四方相BTO陶瓷的介電性能優於立方陶瓷。將BTO纖維(BTOF)和粉末(BTOP)壓制並燒結成陶瓷片,其具有較好的可成型性。與BTOP陶瓷相比,BTOF陶瓷具有明顯的微電容效應,在低頻(f<3000Hz)下具有較高的介電常數。因此,BTOF陶瓷是一種優良的低頻電容材料,可用於低頻濾波器。在BTOFs中摻雜La3+,以進一步提高其介電性能。當摻雜濃度為0.9%時,BLxT纖維陶瓷的介電常數達到最大值5100(25℃,f=100Hz)。隨著La3+摻雜量的增加,居裡溫度的下降趨勢更加均勻,這在溫控電容器的製備中具有顯著的優勢。

圖1.前體纖維在空氣中的TGA-DSC曲線。

圖2.經不同溫度熱處理的前體纖維在空氣中的FT-IR光譜。

圖3.經不同溫度熱處理的前體纖維在空氣中的拉曼光譜。

圖4.在700℃下熱處理的BTOFs的XPS全掃描光譜(a)以及Ba3d(b),O1s(c),Ti2p(d)高解析度XPS光譜。

圖5.不同溫度熱處理的BTO前體纖維的XRD圖譜。

圖6.在空氣中於不同溫度下熱處理的BTO前體纖維的SEM圖像:600℃(a),700℃(b),800℃(c),900℃(d),1000℃(e)和1100℃(f)。

圖7.在800℃(a),900℃(b),1000℃(c)和1100℃(d)下熱處理的BTO前體纖維的照片。

圖8.在10、12和14MPa的壓力,1100℃的燒結溫度下製備的BTOF陶瓷(a),(c),(e)和BTOP陶瓷(b),(d),(f)的照片。

圖9.BTOF和BTOP陶瓷樣品的頻率依賴性:(a)介電常數,(b)介電損耗,以及溫度依賴性:(c)介電常數,(d)介電損耗。

圖10.不同La3+濃度的BLxT(x=0(a),0.003(b),0.006(c),0.009(d)和0.012(e))纖維的SEM圖像和粒度分布。

圖11.室溫下,五種BLxT陶瓷樣品(x=0、0.003、0.006、0.009和0.012)的XRD圖譜。

圖12.室溫下,五種BLxT纖維陶瓷樣品(x=0、0.003、0.006、0.009和0.012)的拉曼光譜。

圖13.BTO和BLxT(x=0.003,0.006,0.009,0.012)陶瓷樣品的頻率依賴性:(a)介電常數,(b)介電損耗,以及溫度依賴性:(c)介電常數,(d)介電損耗。

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