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题目：钙钛矿结构材料相关的调研与总结 学生姓名：刘坤 学号：3114030043 摘 要 在众多的功能材料中，钙钛矿结构占有重要地位，是当前材料领域研究的热点之一。钙钛矿结构的晶体材料其化学式是ABO3,通过改变或者调整钙钛矿结构中A位和B位的原子使钙钛矿理想晶体结构发生微小偏移就会导致产生新的电气性能，从而使钙钛矿结构的电气性能覆盖纯介质绝缘体、半导体、导体、超导体。铁电体与压电体。为了充分利用每种结构引起的性能变化，就必须深入研究其结构作用机理与材料性能的关系。本文将对钙钛矿结构做简要概述，并对其典型化合物的结构与性能作简要分析。 主要内容 钙钛矿结构简述 钙钛矿（CaTiO3）是一种重要的矿物，化学通式表达式为ABO3。其结构图如下图： 图1-1钙钛矿（ABO3）结构图[1] 图1-1中(b)为钙钛矿的一种晶胞类型，它属于立方晶系，简单立方点阵。A位是半径较大的低电价碱土或者稀土金属离子与O2-离子共同组成立方密堆积结构，B位是半径较小高电价过渡金属离子填在O2-形成的八面体间隙中，占有率为1/4。在理想钙钛矿结构中，A配位数为12，并且位于八面体构成的空穴内，B配位数为6。在这种晶体结构中离子半径满足如下关系 RA+RB=t×√2（RA+RO） 式中t=0.9～1.1，称为容差因子[2]。t1.1晶体变为方解石，t0.9晶体变为刚玉型。图（a）中B离子处于O2-形成的八面体空隙中，结晶学中常用氧八面体晶胞模型表示，并由这种晶胞模型组成整个晶体。 双层钙钛矿结构的研究也越来越广泛。其结构如下图， 图1-2 双层钙钛矿结构如图[3] 其化学表达式为AB1B11O6，理想的双钙钛矿结构的化合物可以看成是由不同的BO6规则相间排列组成，其中B是不同的过渡金属离子。双层钙钛矿结构会发生畸变，其结构由离子半径大小和他们之间的相互作用决定，而且由两种B离子组成的氧八面体的结构的稳定性决定整个结构的稳定性。从结构与组成上看，双钙钛矿结构可以提供更加丰富的变化组合，能够得到更多不同性能的材料。 典型化合物及其性能 （1）CaTiO3与SrTiO3等化合物，由于合适的阴阳离子半径比，使得它们是较为理想的钙钛矿结构，所有原子都被束缚在格点出处，在氧八面体中没有Ti-O位移，这类化合物一般为纯介质的绝缘体。 （2）BaTiO3是一类典型的铁电体。铁电体是指晶体自发极化的方向能够随着外电场方向的改变而改变。对于BaTiO3，其晶胞参数a=4.01A。，RO=1.32A。，RTi=0.64A。，钛处于氧八面体中，两个氧之间间隙为4.01-2×1.32=1.37，而钛离子直径为1.28，氧八面体的间隙变大，钛离子能够在氧八面体中震动。当温度T120度时，由于Ti-O位移形成偶极矩产生偶极子，形成自发极化的电畴结构。当外电场作用时，自发极化的方向和电畴结构发生改变。但是由于纯的钛酸钡晶体居里温度较低，温度适用范围较窄所以通过离子置换或者添加杂质的方法改变其居里温度点。由于钛酸钡是铁电体，其介电常数比CaTiO3与SrTiO3的介电常数大得多，所以它一般用于电容器。为了增加电容必须使其介电常数增大，可以通过固溶体BST进行A位取代得到移峰效应，使其介电常数的峰值在室温下能够得到。通过B位取代达到压峰效应，得到很好的温度稳定性。 （3）Sr2FeMoO6属于典型的双层钙钛矿结构，其中Fe3+与Mo5+分别有的占据在B1与B11位置，FeO6八面体与MoO6八面体在三维空间以共顶的方式排列，Sr2处在八个八面体组成空隙的中心位置，由于占据在A位，B1与B11位的各个原子并没有像标准双层钙钛矿结构那样完全匹配，因此常温下其结构并非立方对称，而是畸变成四方对称结构。经过研究，此化合物中存在Fe与Mo的反位缺陷（反位缺陷是指Fe离子占据Mo位而Mo离子占据Fe位），很大程度上影响了其电输运性质和磁学性质。 （4）钇钡铜氧，又称钇钡铜氧化物YBCO，它是化学式YBa2Cu5O7是著名的高温超导体，属于第二代高温超导材料，而且是第一个制造临界温度在液氮沸点以上的材料。其结构如下图 图1-3 YBCO结构示意图[3] YBCO为钙钛矿氧缺陷型层状结构，其中Y在整个结构的中心存在于Cu-O2和Cu-O2层中，Ba-O层则在Cu-O与Cu-O2两层之间。Cu(1)其配位数是4，Cu(2)其配位数是5。含有CuO-CuO2-CuO2-CuO交替的层。CuO2层可以有变形和皱褶，使得化合物产生超导性能，Cu-O平面结构用于电荷存储。由于钇钡铜氧晶体中的氧原子含量会随环境的温度和氧分压的变化而变化所以其化学通式为YBa2Cu3O7-δ而且氧空缺位对超导性能产生影响，随着δ的增大，其居里温度下降，当δ=0.5时，居里温度为60K；当0δ0.5时，YBCO为正交超导相，当0