龚凌云 张萍 陈倩2) 楼志豪 许杰 高峰†

1) (西北工业大学材料学院，凝固技术国家重点实验室，西安 710072)

2) (西北工业大学化学与化工学院，西安 710072)

本文选取SrTiO3 材料进行B 位Nb5+离子掺杂改性,采用第一性原理计算了不同含量(0%,12.5%和25%)Nb5+掺杂SrTiO3 的电子结构、光学、力学和热学性质.结果表明,当Nb5+掺杂浓度上升,材料晶胞参数增大;Nb5+掺杂后SrTiO3 由间接带隙化合物转变为直接带隙化合物,Nb5+掺杂使材料反射系数、吸收系数、能量损耗下降、脆性降低,当Nb5+掺杂浓度上升,材料体弹性模量不变,剪切模量与杨氏模量减小,泊松比增大,德拜温度降低,晶格热导率与理论最低晶格热导率减小.

1 引言

钛酸锶(SrTiO3)是一种宽禁带氧化物(3.2 eV)[1],其在室温下属于顺电体,居里温度Tc=106 K,当温度低于居里温度时,SrTiO3由立方相转为四方相[2].SrTiO3具有高介电常数、低介电损耗和卓越的热稳定性,使其在光催化[3]、可逆电阻开关[4]、高温固体氧化物燃料电池材料[5]、氧化物电子器件、传感器[6]、电容器[7]、压敏电阻[8]和氢燃料制备[9]等方面具有广泛的应用.例如SrTiO3单晶介电性能优异,室温下介电常数约为300,在射频应用中前景较好.SrTiO3单晶由于具有与超导材料相近的点阵常数,可用于超导薄膜的基底,其折射率较高(2.4),可广泛用于如镜头等光学器件[10].外延SrTiO3薄膜介电常数高、介电常数可调性较好,可应用于制造微波可调器件[11].

本征SrTiO3属于绝缘体,在经过掺杂改性后SrTiO3可转变为半导体,成为性能优异的电子功能陶瓷材料.因此,研究者尝试给SrTiO3材料进行掺杂改性……