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研究生：	蕭旭凱 Shiau, Hsu-Kai
論文名稱：	鈣鈦礦結構CaCu3Ti4O12之介電及電性的研究 Dielectric and Electrical Properties of CaCu3Ti4O12
指導教授：	方滄澤 Fang, Tsang-Tse
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學及工程學系 Department of Materials Science and Engineering
論文出版年：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	71
中文關鍵詞：	鈣鈦礦結構、高介電、鈣銅鈦氧化合物
外文關鍵詞：	giant dielectric constant, perovskite, CaCu3Ti4O12
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CaCu3Ti4O12化合物(簡稱CCTO)為鈣鈦礦立方晶系結構。此化合物可在相當廣泛的溫度區間保持著介電持平的效應，且其介電常數是相當的高，在1000Hz室溫所量測之值可達到20000以上，且不需要特殊之製造過程，燒結溫度也不高約1000℃~1100℃上下，是一般介電材料難以達到的性質。
由於此CaCu3Ti4O12化合物為相當新的材料，我們主要先使用固態反應法，將此化合物合成單相粉末，再接續著後續的燒結以及分析的動作。嘗試著將此材料之性質研究出，以利於往後工業上之應用。
實驗結果從緻密度、SEM、TEM、電阻率、阻抗分析之方式，去瞭解此CaCu3Ti4O12化合物之介電性質來源。我們選擇以950℃作為此CaCu3Ti4O12化合物之粉末合成溫度，並分別於選擇之1035℃、1050℃、1065℃作為燒結溫度，發現CaCu3Ti4O12會隨著燒結溫度以及持溫時間的不同而有所明顯的差異，且會伴隨著異常晶粒成長等的情形發生。從這些現象看來，可發現此材料之性質跟燒結的過程有一定的關係以及由多種的機制造成。

The CaCu3Ti4O12 (CCTO)is a cubic perovskite structure. It has s a large dielectric constant which is independent of temperature. The compound can be synthesized and sintered at low temperature.
We use the solid state reactions to prepare the single phase powder of CCTO. The research mainly discusses that the effect if the sintering conditions on the microstructure, sintering, dielectric and electric properties of CCTO ceramics.
It’s found that the dielectric constant of the sample sintered with different holding time is variety. When the holding time increases the dielectric constant also increase. And the resistivity firstly decrease and then increase at 1050℃ and 1065℃. We also observe the abnormal grain growth in the CCTO. The conduction and dielectric mechanisms of CCTO are more than one. The CCTO properties are change easily with the different sintering condition.

摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
圖目錄	V
表目錄	VIII
第一章 序論	                                    1
1-1. 前言	1
1-2. 研究動機、構想及目的                     	1
第二章 理論基礎與文獻回顧	                           3
2-1. 結構                                          	3
2-2. 基本介電性質                                  	5
2-3. 介電材料CCTO概述                              	8
2-4. 高介電和介電穩定之來源                        	11
2-4-1. 鐵電相變化性質                           	11
2-4-2. 介電性質持平之效應                       	12
2-4-3. barrier layer capacitor                   	13
2-5. 等效電路原理                                  	19
第三章 實驗步驟及方法                              	22
3-1. 藥品                                         	22
3-2. 實驗流程                                    	22
3-2-1. 粉末的配製                                	22
3-2-2 燒結試片的準備                           	22
3-3. 分析設備與量測方法                           	23
3-3-1. X-ray繞射分析                             	23
3-3-2. 介電性質、阻抗分析量測                      	23
3-3-3. 電阻率量測                                	24
3-3-4. 密度量測                               	25
3-3-5. SEM顯微結構觀察                           	25
3-3-6. TEM觀察                                  	26
第四章-結果與討論                               	28
4-1. 粉末之合成、燒結                          	28
4-2. 顯微結構觀察                                      31
4-2-1. SEM                                    	31
4-2-2 TEM                                     	32
4-3. 電性與介電性質之量測                          	40
4-3-1. 電阻之測量                                  	40
4-3-2. CCTO介電性質                             	41
4-4. 阻抗分析量測                                	59
4-5. CCTO性質探討                                	64
第五章-結論                                     	69
參考文獻                                        	70

 
圖目錄
圖2.1 CaCu3Ti4O12結構圖                                               	4
圖2-2 (a) 極化機構之示意圖(b) 極化機構對不同頻率下的影響         	7
圖2-3 介電常數與損失因子對溫度作圖                              	10
圖2-4 ABO3型的鈦酸鋇鈣鈦礦晶體結構                                   	15
圖2-5 (a)鈦酸鋇結構對溫度變化之關係(b)鈦酸鋇自發極化對溫度的關係	15
圖2-6介電常數與晶粒大小的關係                                    	16
圖2-7鈦酸鋇之晶粒大小與立方性的關係                             	16
圖2-8 BaTi1-XZrXO3之介電性質對溫度變化                            	17
圖2-9 晶界介面之能帶示意圖                                        	18
圖2-10 barrier layer 的想像模型                                  	18
圖2-11 (a)單一電阻元件(b)單一電容元件(c)電阻電容之串連電路(d) 電阻電容之串連電路	21
圖3-1實驗流程圖                                                       	27
圖4-1 CCTO粉末於950℃煆燒之X-ray繞射圖                            	29
圖4-2 混合之粉末煆燒後經過球磨之粉末SEM圖                         	29
圖4-3 CCTO於1035℃不同持溫下燒結之SEM圖                              	34
圖4-4 CCTO於1050℃不同持溫下燒結之SEM圖                          	35
圖4-5 CCTO於1065℃不同持溫下燒結之SEM圖                            	36
圖4-6 TEM觀察之1065℃持溫2小時試片之SEM示意圖                   	37
圖4-7 TEM觀察之無異常晶粒成長之交界處                            	38
圖4-8 TEM觀察區域A之晶粒交界處Cu之ELLS分析圖                      	38
圖4-9 TEM觀察之異常晶粒成長之大小晶粒交界處                       	39
圖4-10 TEM觀察之異常晶成長之大小晶粒交界處Cu之ELLS分析          	39
圖4-11 CCTO於1035℃燒結無持溫之介電性質對溫度圖                   	43
圖4-12 CCTO於1035℃燒結持溫4小時之介電性質對溫度圖              	44
圖4-13 CCTO於1035℃燒結持溫8小時之介電性質對溫度圖                	45
圖4-14 CCTO於1035℃燒結持溫12小時之介電性質對溫度圖               	46
圖4-15 CCTO於1035℃燒結持溫20小時之介電性質對溫度圖                	47
圖4-16 CCTO於1050℃燒結無持溫之介電性質對溫度圖                    	48
圖4-17 CCTO於1050℃燒結持溫2小時之介電性質對溫度圖                    	49
圖4-18 CCTO於1050℃燒結持溫4小時之介電性質對溫度圖                  	50
圖4-19 CCTO於1050℃燒結持溫6小時之介電性質對溫度圖              	51
圖4-20 CCTO於1050℃燒結持溫20小時之介電性質對溫度圖                	52
圖4-21 CCTO於1065℃燒結無持溫之介電性質對溫度圖                   	53
圖4-22 CCTO於1065℃燒結持溫2小時之介電性質對溫度圖                	54
圖4-23 CCTO於1065℃燒結持溫3小時之介電性質對溫度圖                	55
圖4-24 CCTO於1065℃燒結持溫4小時之介電性質對溫度圖                   	56
圖4-25 CCTO於1065℃燒結持溫6小時之介電性質對溫度圖                 	57
圖4-26 CCTO於1065℃燒結持溫20小時之介電性質對溫度圖                 	58
圖4-27 CCTO於1065℃燒結無持溫之阻抗分析量測                     	60
圖4-28 CCTO於1065℃燒結持溫3小時之阻抗分析量測                     	61
圖4-29 CCTO於1065℃燒結持溫3小時之413K阻抗分析量測                 	62
圖4-30 CCTO於1065℃燒結持溫20小時之阻抗分析量測                     	63
圖4-31 CCTO試片於1035℃燒結以頻率1000Hz分別量測0小時、4小時、8小時、12小時、20小時之試片	67
圖4-32 CCTO試片於1050℃燒結以頻率1000Hz分別量測0小時、2小時、4小時、6小時、20小時之試片	67
圖4-33 CCTO試片於1065℃燒結以頻率1000Hz分別量測0小時、2小時、3小時、4小時、6小時、20小時之試片	68
 
表目錄
表4-1 試片於1035℃、1050℃、1065℃不同燒結持溫下之密度          	30
表4-2 CCTO在不同燒結溫度和不同燒結時間下之電阻率                 	40
                                    

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校內：2004-08-01公開
校外：2004-08-01公開

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