稀土掺杂KNN铁电材料的制备和性能研究(2)
1.1.1KNN材料结构
KNN属于十分典型的钙钛矿晶体[2]结构——来源于CaTiO3矿物质。含有此结构的化合物通式为ABO3（A=Na，K；B=Nb），如图1.1（a），中心是B位离子，8个A位离子占据了整个立方体的顶角位置，6个氧离子位于8个立方面的中心点，与B位离子平行。氧离子与B位离子就组成了BO6八面体，而这个立方体就能看成是钙钛矿结构的一个晶胞。如图1.1（b），是由八个BO6的氧八面体通过共顶连接构成的一个三文网络结构，而八个氧八面体的中心则是A位离子[3]。图（a）和图（b）是两种不同的表达方法。
图1.1钙钛矿结构示意图
(a) ABO3型立方钙钛矿晶胞；（b）BO6八面体三文网络结构
当整个晶体结构的正负电荷处于平衡并且不显示出电性时，A离子的化合价为+1/+2/+3价，B离子的化合价为+5/+4/+3价（rA＞rB）。当外界条件发生改变时，氧八面体就会发生扭曲，不再规整。可能会出现氧离子向A位离子靠近或者远离的现象，这种现象会产生单斜或三斜结构。随着氧八面的扭曲运动，B位离子也会作相对运动——于原有位置产生偏离，由此产生自发极化运动，从而产生了铁电性。
1.2KNN材料的性能
1.2.1介电性能[3]
从图1.2（a）处可以看出，相对介电常数在183℃和375℃处分别有一个峰值，这种现象说明K0.5Na0.5NbO3有两个不同的相变温度点。183℃处的峰值说明了K0.5Na0.5NbO3的结构从正交相转变成四方相；而375℃处的温度点则表明了K0.5Na0.5NbO3的结构从铁电性四方相转变成了顺电型的立方相。所以，从这张图中可以得出一个结论是介电常数在一定温度的转变范围内与频率的变化有着紧密联系。而在375℃的峰出现了陡而尖锐的现象说明了此处发生了快速结构转变的运动，表现为正常的铁电性能特征。
从该图中还能看出在183℃和375℃两个温度点之后都出现了介电常数的频散现象，特别是375℃之后，频散现象尤为明显。从图1.2（b）中可以更清楚地分析频散现象：在300℃左右频散现象有了明显的变化趋势。而当温度超过了375℃（铁电相变温度）之后，由于电导损耗，介电损耗呈现随着温度的逐渐升高而快速升高的变化趋势。其中，1kHz在350℃至380℃出有小幅度的降低趋势，先增后减，再大幅度升高。