BST基铁电复合陶瓷设计、界面调控及介电常数调谐机理研究

钛酸锶钡(（Ba,Sr）TiO3)在偏置直流电场作用下具有较强的介电常数调谐性使其在微波调谐器件中具有广泛的应用前景，成为近期国内外的研究热点。目前，微波调谐铁电复合材料研究中最为关心的是如何使非铁电相材料的加入在降低材料介电常数和损耗的同时，也保持高的介电常数调谐性，这一难题已经成为高性能铁电微波调谐器件研发的关键问题。国内外对微波调谐铁电复合材料的研究主要集中在材料组分的选择和优化，本项目另辟蹊径从研究BST基复合陶瓷中铁电相和非铁电相复合方式设计及界面调控入手，制备并联2-2型及1-3型铁电复合陶瓷，并通过放电等离子(SPS) 工艺调控2-2型复合材料两相界面特性，阐明复合方式和界面特性与介电性能、介电常数调谐性的内在联系，探索研制兼顾低介电常数及高介电常数调谐性铁电复合材料的新途径。.本项目利用SPS烧结技术制备了纯BST，柱状、层状复合BST/MgO/BST陶瓷以及球形填充BST/MgO陶瓷。利用扫描电子显微镜（SEM）对制得的样品进行断面分析以及晶粒大小观察，发现柱状和层状复合陶瓷材料中铁电相BST与非铁电相MgO之间存在清晰的界面。结果表明柱状和层状复合材料的居里温度与纯BST几乎相同，这说明了等离子快速烧结技术有效地抑制了两相离子之间的扩散，从而避免了掺杂效应。复合材料的介电常数与理论计算值接近。室温下柱状复合材料的介电常数为3998，与纯BST（5872）比较实现了大幅度的降低。从介电调谐率的比较中可以看出在2kV/mm的条件下柱状复合陶瓷和纯BST的介电调谐率接近，达到44%。综合以上，利用等离子快速烧结制备的柱状BST/MgO/BST复合陶瓷实现了降低介电常数的同时保持介电调谐率不变，是一种具有潜力的微波可调器件材料。.采用切割填充法制备了不同BST及环氧比例的1-3型复合材料。随着环氧树脂量的增大，介电常数明显降低，当环氧树脂量为90％时，介电常数降低至200，介电常数调谐率几乎保持和纯相不变，依然高达30%（@1.5kV/mm），同时调谐因子高达1012数量级，是纯相BST材料的500倍，为文献报道的最高值。 .以上的实验结果充分表明，通过铁电复合材料结构调控这一途径可有效解决介电常数与介电调谐率矛盾。.本项目在Appl.phys.lett.等期刊上发表SCI论文4篇，申请中国发明专利一项，培养硕士生一名，满足了项目考核指标要求。