VO4
分类
高熵陶瓷
EDS结果发现Nd、Eu、Y、Ho、Yb、V、O等元素分布均匀,其百分比与目标比例接近,从而验证了(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷的成功制备。
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值得注意的是,HoVO4陶瓷的HRTEM图像(图3d和3f)和原子逆快速傅里叶变换(IFFT)滤波图像(图3e和3g)与(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷相比,HoVO4陶瓷的结构中存在许多点缺陷和晶格位错。
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图5a显示了(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷的测试介电常数εr和理论计算介电常数εr(C-M)随温度的变化,在1060℃时其相对偏差为-0.8%表明高熵陶瓷结构内的应变最小。
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图6a描述了(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷在烧结温度范围内Q×f随着烧结温度的升高呈先升高后降低的趋势,在最佳温度的Q×f值为76,400GHz(12.31GHz)。
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根据精修结果绘制了晶体结构图,如图1(g)所示,REVO4的相稳定性取决于RE3+离子的离子半径,在(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷的十二面体中键长的差异明显比传统的非高熵锆石陶瓷减小,这表明该高熵陶瓷的结构稳定性相对增强。
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陶瓷
(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的HRTEM图像显示出明显的晶格条纹,其面间距分别为0.476nm和0.362nm,分别对应于(101)和(200)面。
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(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的SAED图案沿[010]带轴确定为四方锆石。
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为了进一步研究(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的晶体结构,采用FullProf软件对其XRD衍射数据进行了Rietveld精修。
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为了进一步验证(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的晶体结构采用室温拉曼光谱对所有(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷样品进行了分析。
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图1(a)所示为1020-1100°C范围内烧结后(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的XRD谱图,所有样品的衍射峰都与PDF标准衍射卡片匹配良好(PDF#01-082-1973),并能够一一指标化,属于四方锆石结构,无第二相存在。
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如图3(a-b)所示为(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷粉末样品进行选区电子衍射(SAED)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试和分析。
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如图4所示为在不同温度下烧结的(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷的SEM图像。
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本文报道的(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4陶瓷微波介电性能优异,其Q×f值是绝大多数传统锆石陶瓷的两倍以上,也是迄今为止报道的锆石陶瓷的最高Q×f,有望在高性能、大功率微波器件中发挥较大的应用潜力,同时本文的研究策略和结论可以为开发新型超低介电损耗微波介质陶瓷提供新思路。
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然而,该体系陶瓷的品质因数Q×f偏低,并且其中主要原因是[AO8]十二面体中两种键长之间存在较大差异使得该多面体存在较大变形,从而造成了晶格畸变与缺陷的形成。
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效果
为降低钒基锆石陶瓷的介电损耗,研究者在AVO4的A位十二面体重引入了化学价态相同但离子半径和离子极化率不同的稀土离子,设计了一种高熵陶瓷:(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4,通过形成高熵效应修复晶格畸变提高结构稳定性和键强来降低其介电损耗。
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图6a描述了(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷在烧结温度范围内Q×f随着烧结温度的升高呈先升高后降低的趋势,在最佳温度的Q×f值为76,400GHz(12.31GHz)。
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影响
图5a显示了(Nd0.2Eu0.2Y0.2Ho0.2Yb0.2)VO4高熵陶瓷的测试介电常数εr和理论计算介电常数εr(C-M)随温度的变化,在1060℃时其相对偏差为-0.8%表明高熵陶瓷结构内的应变最小。
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