钒掺杂六角铁氧体与钛酸钡复合材料的介电性能调控及热效应研究

本文通过将钒掺杂六角铁氧体（BVFO）与钛酸钡（BTO）复合，系统研究了不同BVFO含量（0-20%）对复合材料介电性能的影响。采用XRD、FE-SEM和EDX证实了双相共存结构，揭示了界面极化和极化子跳跃传导机制对频率/温度依赖性介电行为的调控作用，为无铅多铁性材料设计提供了新思路。

　　

亮点

本研究首次将具有增强磁性的钒掺杂六角铁氧体（BaFe_11.96V_0.04O₁₉，BVFO）与钛酸钡（BTO）复合，通过传统陶瓷法制备了系列BTO+x%BVFO复合材料（x=0-20%），系统探究了其结构-性能关系。

样品合成

采用分步陶瓷法制备：先分别合成BTO和BVFO单相，再按重量百分比机械混合烧结。特别设置x=100%组作为BVFO纯相对照组。

物相鉴定

XRD显示：

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  纯BTO组（x=0%）呈现标准四方相特征（ICDD#96-901-4669），46°峰分裂证实其四方性

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  纯BVFO组（x=100%）显示典型六角晶系衍射峰

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  复合组均呈现双相共存，无杂峰，证明方法有效性

介电性能

阻抗谱测试（1Hz-3MHz，30-120°C）发现：

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  低频区：界面极化和偶极取向主导，具显著温度依赖性

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  高频区：离子/电子极化为主，温度敏感性降低

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  科尔-科尔图揭示晶界主导机制，电极效应可忽略

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  介电损耗显示优化后的能量耗散特性

结论

通过调控BVFO含量可精准定制复合材料介电响应：

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  BTO球形颗粒与BVFO六角片状颗粒形成独特微观结构

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  电荷传输活化能（E_a）在0.2-176.5meV区间波动，反映极化子跳跃与界面传导的协同机制

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  为开发环境友好型磁电器件提供了新材料体系

作者贡献声明

Yassine Slimani：实验设计/数据分析/论文撰写；Hamit Erdemi：数据可视化/结果验证；Abdulhadi Baykal：磁学性能分析；Atul Thakur：资源支持；Munirah A. Almessiere：项目管理。

利益冲突声明

作者声明无任何可能影响本研究客观性的利益冲突。

致谢

特别感谢土耳其杜兹大学工程学院提供的SEM测试支持。