电子科技大学唐斌团队研究成果：Mn₃O₄掺杂抗还原X7R纳米BaTiO₃基陶瓷的性能研究
引言：
采用传统固相合成法制备了BaTiO3-SrCO3-MgCO3-xMn3O4-Dy2O3-ZrO2-SiO2（x=0～0.2%（摩尔分数））陶瓷，在1%H2-99%N2混合还原气氛中进行烧结，烧结温度为1 320 ℃。研究了Mn3O4掺杂对纳米BaTiO3基陶瓷的影响，发现掺杂Mn有利于陶瓷介电常数以及绝缘电阻率的提升。论文基于电子科技大学唐斌教授团队研究成果及国家自然科学基金项目资助。
一、全文速览 多层陶瓷电容器（multi-layer ceramic capacitors，MLCC）具有比容高、体积小、批量成本低等优点，普遍运用于智能手机、数码相机、计算机等电子产品中，在航空航天和军用通讯等领域中也存在广泛应用。BaTiO3因具有高介电常数和低介电损耗等优异的介电性能被选作商用MLCC的原料。尽管针对Mn的掺杂已有大量研究，但是还原气氛中Mn离子的变价对抗还原BaTiO3陶瓷的介电性能的影响机理仍不清楚，因此本研究针对BaTiO3-SrCO3-MgCO3-Mn3O4-Dy2O3-ZrO2-SiO2体系，使用250 nm的纳米BaTiO3材料作为基体，采用传统的固相合成法，并在还原气氛中烧结，重点研究了Mn3O4掺杂对抗还原BaTiO3基陶瓷微观结构及介电性能的影响的机理。 二、图文展示 图1 纳米BaTiO3粉体原材料分析（a）TEM亮场成像；（b）高分辨TEM图；（c）选区电子衍射图；（d）XRD图谱 图2 不同Mn3O4掺杂量钛酸钡陶瓷样品的室温XRD图谱 图3 不同Mn3O4掺杂量钛酸钡陶瓷样品的SEM图：(a)Mn0=0%；(b)Mn1=0.025%（摩尔分数）；(c)Mn2=0.05%（摩尔分数）；(d)Mn3=0.1%（摩尔分数）；(e)Mn4=0.2%（摩尔分数） 图4 不同Mn3O4掺杂量钛酸钡陶瓷样品的介温特性（a）和电容变化率温度特性（b） 三、结论 为满足BME-MLCC低成本和高比容小型化的需求，本文采用固相合成法成功制备BaTiO3-SrCO3-MgCO3-Mn3O4-Dy2O3-ZrO2-SiO2体系陶瓷，并在还原气氛下成功烧制得到抗还原X7R纳米BaTiO3基陶瓷。探究了Mn3O4含量对陶瓷晶体结构及介电性能的影响机理，Mn的掺杂可以有效避免Ti4+被还原，且Mn与Dy共掺能产生缺陷偶极子及施主-受主缺陷缔合，可以有效提高绝缘电阻率。在合适的掺杂范围内，Mn3O4有利于提升陶瓷的介电常数、绝缘电阻率和容量温度稳定性。最终得到室温介电常数为3 267，介电损耗为1.03%，绝缘电阻率为3.82×1011Ω·cm，满足X7R标准的抗还原纳米BaTiO3基陶瓷。 引用本文： 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第3期，欢迎引用本文： 肖蝉吟,迟尚超,刘叔承,等.Mn3O4掺杂抗还原X7R纳米BaTiO3基陶瓷的性能研究[J].功能材料,2025,56(3):03013-03018. Xiao C Y,Chi S C,Liu S Cet al.Characteristics of Mn3O4-doped non-reducible X7R nano BaTiO3-based ceramics[J].Journal of Functional Materials,2025,56(3):03013-03018.