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摘要
为研究钛酸铜钙的电子结构及变化对介电性能的影响规律,采用第一性原理密度泛函理论计算钛酸铜钙陶瓷的电子结构与光学介电函数,通过溶胶-凝胶法制备稀土铕掺杂改性的钛酸铜钙陶瓷。系统研究掺杂不同量铕对陶瓷晶体结构、微观形貌特征以及介电性能的影响。结果表明钛酸铜钙中Cu-O和Ti-O之间存在强烈的共价键,形成CuO4正方形结构和TiO6八面体结构。CuO4正方形结构决定钛酸铜钙的价带,TiO6八面体结构决定其导带。钛酸铜钙的静态介电常数为5.30,并在光子能量为2.45 eV处达到最大峰值。钛酸铜钙的能量损失峰在10 eV附近,与等离子体振荡有关。X射线衍射分析表明所有样品均为体心立方结构,扫描电镜分析表明铕的掺杂能够抑制陶瓷晶粒长大,并使晶粒均匀化。室温频谱表明掺杂后样品介电常数有所降低,但仍为巨介电陶瓷,同时介电损耗在104～105 Hz处达到最小值0.001 4;介电温谱表明铕掺杂能够提高陶瓷的温度稳定性并降低损耗,在75～200℃下的损耗均低于0.05。结合第一性原理计算与实验数据发现,铕掺杂使得价带顶的峰值更加扩展,带隙增大,陶瓷的绝缘性增强,介电损耗变小,介电性能优化。
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