簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 蘇文璋
Su, Wen-Chang
論文名稱： MnO摻雜對於(1-x)Pb(Fe2/3W1/3)O3-xPbTiO3弛緩性鐵電陶瓷特性之影響及其應用
The MnO doping effects on the Characteristics and Applications of (1-x)Pb(Fe2/3W1/3)O3-PbTiO3 Relaxor Ferroelectric Ceramics
指導教授： 朱聖緣
Chu, Sheng-Yuan
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 79
中文關鍵詞： 鉛鐵鎢 、弛緩性鐵電陶瓷
外文關鍵詞： pfw, relaxor
相關次數： 點閱：46  下載：2 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • Pb(Fe2/3W1/3)O3(PFW)為弛緩性鐵電陶瓷成員之一，相變溫度為-90oC，與PbTiO3(PT)(相變溫度為490oC)形成不同比例的(1-x)PFW-xPT固溶體，相變溫度會隨x比例增加而往較高溫度移動，進而調整PT比例便可得到適當的相變溫度點。
    本文以固態反應法製備(1-x)PFW-xPT弛緩體，摻雜MnO可降低介電損失並增加介電擴散現象。摻雜MnO的(1-x)PFW-xPT雖可平化介電常數溫度曲線，然效果有限，若以0.8PFW-0.2PT-0.15w%MnO及0.7PFW-0.3PT-0.15w%MnO疊壓形成二層異相介質結構，利用溫度補償的效果可進一步改善介電常數的溫度特性。
    由實驗結果顯示，摻雜0.15wt%MnO可得到極低的介電損失。0.8PFW-0.2PT-0.15w%MnO及0.7PFW-0.3PT-0.15w%MnO粉體以重量比為2比1的方式疊壓形成二層結構的試片，可在-10oC~40oC溫度區間，得到平緩且不受溫度影響的介電常數溫度特性。

    Pb(Fe2/3W1/3)O3(PFW) is one of the classic relaxors, with the phase transition temperature of -90℃. Since the phase transition temperature of the PbTiO3-PT is 490℃, the phase transition temperature can be adjusted to higher temperature in need by increasing the x ratio for the (1-x)PFW-xPT solid solution.
    In present work, the (1-x)PFW-xPT relaxor system is synthesized with the conventional solid solution. The dielectric loss decreases and the dielectric diffusion property increases as doping the dopant MnO for the (1-x)PFW-xPT. Although, the broader peak dielectric constant is obtained as doping MnO, the improvement is not sufficient for the application of capacitor. A great improvement on the temperature dependence of the dielectric constant has been done by using the temperature-compensation method, where the two-layer-structure capacitor is stacked with two heterogeneous dielectric materials of 0.8PFW-0.2PT-0.15w%MnO and 0.7PFW-0.3PT-0.15w%MnO ceramics.
    According to the experimental results, the very lower dielectric loss is observed as doping 0.15w% MnO. The smoothest dielectric constant in the temperature range between -10℃ and 40℃ has been accomplished for the two-layer-structure capacitor with the weight ratio of 2:1 the0.8PFW-0.2PT-0.15w%MnO and the 0.7PFW-0.3PT-0.15w%MnO.

    中文摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要…………………………………………………………………………………………Ⅲ 圖表目錄…………………………………………………………………………………………Ⅶ 第一章　緒論……………………………………………………………………………………1 1.1　研究背景與動機……………………………………………………………………………1 1.2　論文架構……………………………………………………………………………………4 第二章　原理……………………………………………………………………………………5 2.1　弛緩性鐵電簡介……………………………………………………………………………5 　2.1.1　弛緩性鐵電的特徵……………………………………………………………………6 　2.1.2　弛緩性鐵電與正常鐵電(Normal Ferroelectric)材料之比較……………………7 2.2　介電損失方程式……………………………………………………………………………10 2.3　PFW的基本性質……………………………………………………………………………11 　2.3.1　PFW的晶體結構………………………………………………………………………11 2.3.2　PFW的介電性質………………………………………………………………………12 2.4　鐵電效應…………………………………………………………………………………13 2.4.1　電滯曲線……………………………………………………………………………13 2.5　電容器的製程……………………………………………………………………………15 第三章　製程步驟與量測………………………………………………………………………17 3.1　陶瓷體的製備……………………………………………………………………………17 3.2　分析與測試………………………………………………………………………………19 3.2.1　陶瓷體特性分析與量測……………………………………………………………19 3.3　電容元件的製備…………………………………………………………………………22 第四章　結果與討論……………………………………………………………………………23 4.1　(1-x)Pb(Fe2/3W1/3)O3-xPbTiO3 ，在x=0.1、0.2、0.25、0.3、0.4不同組成的特 性…………………………………………………………………………………………23 4.2　(1-x)Pb(Fe2/3W1/3)O3-xPbTiO3摻雜MnO的影響………………………………………26 4.3　不同的製程對弛緩體特性的變化………………………………………………………29 4.4　製成元件的特性…………………………………………………………………………33 第五章　結論……………………………………………………………………………………34 5.1　結論………………………………………………………………………………………34 5.2　未來研究方向……………………………………………………………………………35 參考文獻…………………………………………………………………………………………37 圖表目錄 表2-1　某些常用的弛緩體之特性……………………………………………………………40 表2-2　某些常用來作為電容器之弛緩體組成………………………………………………41 表4-2　our sample與paper比較………………………………………………………………42 圖2-1　(a)弛緩體之無規則性排列 (b)弛緩體A(B1B2)O3之微結構………………………43 圖2-2　(a)溫度固定，介電常數與頻率的關係圖　(b)介電常數和介電損失的關係圖…44 圖2-3　PMN　的1 / ε　對　(T-Tm)2　之變化圖……………………………………………45 圖2-4　正常鐵電性與弛緩體特性之差異(a)介電常數對溫度　(b)介電損對溫度　(c)自發　　　　性極化對溫度　(d)介電常數對頻率………………………………………………46 圖2-5　(a)電容器I － V關係　(b)電容器等效電路………………………………………47 圖2-6　理想鈣鈦礦結構單位晶胞……………………………………………………………48 圖2-7　電滯曲線………………………………………………………………………………49 圖2-8　多層電容結構製程……………………………………………………………………50 圖2-9　薄片胚體製造機械的構造……………………………………………………………51 圖3-1　燒結的溫度曲線………………………………………………………………………52 圖3-2　陶瓷體製程……………………………………………………………………………53 圖3-3　Midified Sawyer-Tower circuit……………………………………………………54 圖3-4　P-E曲線量測示意圖……………………………………………………………………55 圖3-5　電容元件的製作………………………………………………………………………56 圖4-1　(1-x)PFW-xPT組成中在不同PT成份的密度和相對密度　之關係圖………………57 圖4-2　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.3在不同燒結溫度的密度和相對密度之關係圖…………58 圖4-3　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.1~0.4的XRD圖……………………………………………59 圖4-4　摻雜不同(1-x)PFW-xPT組成中PT濃度的SEM圖　(a)x=0.1　(b)x=0.2(c)x=0.25　　　　　(d)x=0.3　(e)x=0.4……………………………………………………………………60 圖4-5　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.3在不同燒結溫度的SEM圖(a)850℃-2h(b)875℃-2h(c)　　　　900℃-2h (d) 925℃-2h (e) 950℃-2h………………………………………………61 圖4-6 摻雜不同(1-x)PFW-xPT組成中PT濃度x=0.1~0.4的介電常數、介電損失圖(f=1MHz)　　　　……………………………………………………………………………………………62 圖4-7　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.3在不同燒結溫度的介電常數、介電損失圖(f=1MHz)　　　　　……………………………………………………………………………………………63 圖4-8　(1-x)PFW-xPT組成中在x=0.3加不同MnO成份的密度和相對密度　之關係圖……64 圖4-9　(1-x)PFW-xPT組成中在x=0.3摻雜不同MnO成份的　XRD圖…………………………65 圖4-10　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.3摻雜不同MnO濃度的SEM圖(a)0 wt%(b)0.1 wt%　　　　　　　　(c)0.15 wt%(d)0.2wt%…………………………………………………………66 圖4-11　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.3在不同摻雜MnO濃度的介電常數、介電損失圖(f=1MHz) …………………………………………………………………………………………67 圖4-12　(1-x)PFW-xPT組成中PT濃度x=0.1~0.4摻雜MnO(0.15wt%)時的介電常數、介電損失 圖(f=1MHz)…………………………………………………………………………68 圖4-13　(1-x)PFW-xPT組成中摻雜MnO(0.15wt%)時的電滯曲線(a)x=0.2(量測溫度-30oC) (b)x=0.25(0oC)　(c)x=0.3(20oC)　(d)x=0.4(85oC)……………………………69 圖4-14　(1-x)PFW-xPT組成中x=0.2~0.4摻雜MnO(0.15wt%)時的殘存極化值Pr與矯頑電場Ec 值………………………………………………………………………………………70 圖4-15　ball-mixed (0.2+0.3)、(0.1+0.4)與x=0.1~0.4的XRD圖……………………71 圖4-16　x=0.1~0.4及ball-mixed 的SEM圖(a)x=0.1(Mn0.15%)(b)x=0.2 (Mn0.15%)(c)x=0.25(Mn0.15%)(d)x=0.3(Mn0.15%)(e)x=0.4(Mn 0.15%)(f)0.2+0.3(MnO0.15%)(g)0.1+0.4(MnO0.15%)………………………………72 圖4-17　ball-mixed 的介電常數和介電損失圖(a)x=0.1+0.4(MnO0.15wt%) (b)x=0.2+0.3(MnO0.15wt%)……………………………………………………………73 圖4-18　pellet：壓模時將x=0.2(MnO0.15wt%)與x=0.3(MnO0.15wt%)分別裝進模具，再一 起壓模……………………………………………………………………………………74 圖4-19　pellet-由0.2與0.3壓模而成的剖面SEM圖(a)極左(b)中間(c)極右………………75 圖4-20　pellet-的介電常數和介電損失圖(a)0.2與0.3壓模時不同的重量比(b)0.2與0.3 (2比1)壓模，不同的燒結溫度…………………………………………………………76 圖4-21　pellet-由0.2與0.3壓模而成不同燒結溫度的剖面SEM圖(a)850oC(b)875oC(c) 900oC(d)925oC…………………………………………………………………………77 圖4-22　pellet與x=0.2、x=0.25、x=0.3的介電常數和介電損失…………………………78 圖4-23　將x=0.25(Mn0.15wt%)及x=0.2+0.3(pellet)製成元件的介電常數及介電損失…79

    [1]V. Sivasubramanian, Appl.Phys.Lett.85(2004)5.
    [2]H. Wang,B. Jiang, IEEE51(2004)7.
    [3]Y. Hou, M. Zhu, F. Gao, J.Am.Ceram.Soc.87(2004)847.
    [4]L. Mitoseriu, P.M. Vilarinho, Mate.Lett.57(2002)609.
    [5]L. Mitoseriu, J.Appl.Phy.94(2003)3.
    [6]L. Mitoseriu,J.L. Baptista, J.Appl.Phy.41(2002)7015.
    [7]吳朗, ’’ 電子陶瓷(介電) ’’ 全欣科技圖書, (1994)223.
    [8]T.R. Shrout, IEEE (1990)711.
    [9]G.A. Smolenskii and A.I. Agranovskaya,Sov.Phys.solid.state.10(1960) 1429.
    [10]V.A. Bokov,I.E. Myl,Sov.Phys.solid state.11(1961)2428.
    [11]V.A. Bokov, I.E. Myl,Sov.Phys.solid state.3(1961)613.
    [12]S.L. Swartz,T.R. Shrout,W.A. Schulze and L.E. Cross,J.Am.Ceram.Soc 67(1984)311.
    [13]吳朗, ’’ 電子陶瓷(介電) ’’ 全欣科技圖書, (1994)227.
    [14]G.A . Smolenskii and V.A. Isupov, Dokl.Akad.Nauk SSR,8, (1954)1375.
    [15]N. Setter,L.E. Cross,J.Appl.Phys.51(1980)8.
    [16]X.G. Tang,K.H. Chew,H.L.W. Chan, Acta.Mater 52(2004)5177.
    [17]L. Feng,Z.G. Ye, J.Solid.State.Chem.163(2002)484.
    [18]X. Duan,W. Luo,W. Wu,Solid.State.Communications114(2000)597.
    [19]E.B. Araujo,J.A. Eiras, Mate.Lett46(2000)264.
    [20]K. Uchino,Jpn. J. Ceram. Soc 99(1991)829.
    [21]L. Eric Cross,Ferroelectric 76(1987)241.
    [22]吳朗, ’’ 電子陶瓷(介電) ’’ 全欣科技圖書, (1994)74.
    [23]S.H. Lee,K.C. Kim,Y. J.Kim,S.W. Choi, Department of Physics, Dankook University , 29 Anseodong, Cheonan, Chungnam, Korea.
    [24]劉士山 ’’ 製程對弛緩性鐵電陶瓷PMN特性之影響 ’’
    [25]吳朗, ’’ 電子陶瓷(介電) ’’ 全欣科技圖書, (1994)222.
    [26]吳朗, ’’ 電子陶瓷(介電) ’’ 全欣科技圖書, (1994)69.
    [27]C.C.Tseng,J.Appl.Phys,38(1967)4281.
    [28]吳朗,”弛緩體”電子陶瓷,全欣資訊, (1994)227.
    [29]L. Mitoseriu, Appl.Phys.Lett.81(2002)26.
    [30]Z. Xie,Z. Gui,,Mate.Lett.36(1998)191.
    [31]L. Ruan,L. Li,Z. Gui,J.Mate.Sci.Lett. 16(1997)1020.
    [32]S. Wagner,D. Kahraman,J.Appl.Phy.(2005)98.
    [33]B. Jaffe,W.R. Cook,H. Jaffe, Piezoelectric Ceramics, Cleveland, Ohio,
    (1971).
    [34]P.M. Vilarinho,L. Zhou,J.Am.Ceram.Soc.83(2000)1149.
    [35]R.D. Shannon,Acta.Crystallogr. A 32 (1976)751.
    [36]L. Mitoseriu,J.Appl.Phys.94(2003).
    [37]L. Mitoseriu,P.M. Vilarinho,J.L. Baptista, J.Appl.Phys.41(2002)7015.
    [38]L. Mitoseriu,Mater Lett. 57(2002)609.
    [39]L. Feng,Z. G.Ye,J.Chem.phys.163(2002)484.
    [40]Y-C. Liou,C-J. Chuang,Y-C. Shih,Chem.Phys.93(2005)26.
    [41]X.G. Tang,H.L.W. Chan,J.Appl.Phy, (2005)97.
    [42]J.P. Guha,G.H. Haertling,J.Mate.Sc.32(1997)3753.
    [43]Y.C. Liou,J.Elec.12(2004)187.
    [44]Y.C. Liou,J.Elec.13(2004)453.
    [45]A. Tkach,P.M. Vilarinho,A.L. Kholkin, Appl.Phys.Lett(2005)86.
    [46]D. Szwagierczak,J. Kulawik,J. Eur.Ceramic Soc.25(2005)1657.
    [47]L. Zhou,P.M. Vilarinho,J.L. Baptista,J.Appl.Phys. (1999)85.
    [48]A. Tkach,P.M. Vilarinho,A. Kholkin,Ferroelectrics. (2004)87.
    [49]L. Zhou,P.M. Vilarinho,J.L. Baptista,J.Appl.Phys.85(1999)4.
    [50]T.R. Shrout,A. Halliyal,Am.Ceram.Soc.66(1987)704.
    [51] A.S.Khim,J.Wang,X.Junmin,Solid.State.127(2000)285.
    [52]B.H.Lee,N.K.Kim,B.O.Park,S.H.Cho,Mate.lett.33(1997)57.

    下載圖示 校內：2011-07-04公開
    校外：2016-07-04公開
    QR CODE