退火工艺对Ca3Ti2O7陶瓷微结构及杂化非本征铁电性能的影响

作者：王钥涵; 陈大凯; 周创; 蔡苇^*; 高荣礼; 翟梦玉; 张凤圆

来源：材料科学与工程学报, 2023, 41(06): 958-967.

DOI：10.14136/j.cnki.issn1673-2812.2023.06.013

• Ca3Ti2O7陶瓷
• 杂化非本征铁电性
• 退火气氛
• 氧八面体

Ca3Ti2O7因其独特的铁电性来源和室温下优异的铁电性，成为目前最受关注的杂化非本征铁电体。本研究采用溶胶-凝胶法结合高温烧结制备了Ca3Ti2O7陶瓷，研究了退火工艺(温度、时间和气氛)对其微结构、介电性和铁电性的影响。研究结果表明：氮气气氛、850℃下对Ca3Ti2O7陶瓷退火30 min可获得较为优异的铁电性；相对于未退火的Ca3Ti2O7陶瓷，退火后陶瓷的TiO6八面体的面外倾侧角有一定程度增加；不同气氛下的退火处理会产生氧空位，从而使Ca3Ti2O7陶瓷的晶粒尺寸有一定程度增大；真空退火后的陶瓷具有相对较大的晶粒尺寸和较多的氧空位，使其表现出相对较高的介电常数；经过退火处理的Ca3Ti2O7陶瓷的漏电流均高于未退火的样品；通过对Ca3Ti2O7陶瓷在不同气氛下进行退火处理可显著提升其剩余极化强度，同时矫顽场强有一定程度增加，其中空气和真空气氛下退火样品的剩余极化强度为2.9～3μC/cm2,表现出优异的杂化非本征铁电性。