Dielectric properties and energy storage behaviors in ZnNb2O6-doped Sr0.97Nd0.02TiO3 ceramics

First Principles Study of Electronic Structure and Optical Properties of ZnNb2O6 with Vacancy Defects

“…铌酸盐类物质, 如 LiNbO 3 、KNbO 3 、LnNbO 4 (Ln=Pr, La, Ga, Y)等, 具有良好的光敏特性 [1][2][3] ,近 年来受到广泛关注, 但过渡金属类铌酸盐的研究报 道较少。 Zn-Nb-O 体系是过渡金属铌酸盐类的典型 代表, 该体系包括 ZnNb 2 O 6 、Zn 2 Nb 34 O 87 、Zn 3 Nb 2 O 8 所代表的三种结构, 其中 ZnNb 2 O 6 结构倍受关注。 ZnNb 2 O 6 属钶铁矿结构, 具有优异的介电效应(Q × f = 83700 GHz, ɛ r =25, 有高介高损、低介低损特性), 因 此, 多用于微波设备 [4][5][6] 、雷达、卫星通信等领域。 另外, ZnNb 2 O 6 在非线性光学效应和光折射领域也 有良好表现 [7][8] 。室温下, ZnNb 2 O 6 材料受到 375 nm 紫外光激发时, 会发出强蓝光, 由于太阳能电池吸 收的电磁波波长为 400~1000 nm, 而吸收波长小于 400 nm 有利于光电效应的提升, 因而该材料在新能 源领域的应用拓展可期。 目前, 针对 ZnNb 2 O 6 材料的合成与性能方面的 研究较多。Wu 等 [9] 通过水基溶胶-凝胶法合成的 ZnNb 2 O 6 微晶材料在紫外光作用下, 对甲基橙降解 效果显著, 且与微晶比表面积、结晶度有关。Zheng 等 [10] 利用 ZnNb 2 O 6 对 Sr 0.97 Nd 0.02 TiO 3 陶瓷进行掺杂 处理后, 击穿强度大幅提升, 储能增大 3.4 倍。 Wang 等 [11] 利用 ZnNb 2 O 6 对 BaTiO 3 陶瓷进行掺杂处理, 也 发现了类似的现象。但上述研究侧重于微观结构的 探讨, 并未深入研究性能与材料本身晶体结构和电 子结构的关联性。 Zhang 等 [12] 通过 Cu、Bi、V 共掺杂对 ZnNb 2 O 6 进行改性处理, 发现过渡金属(Cu, Bi, V), 会影响材 料的微波介电特性(Q × f = 67100 GHz, ɛ r = 32.69)。 对元素 Nb 采用不同计量比的 Ta 取代作理论研究表 明, Ta 取代 Nb 会使材料带隙变窄、光电效应增强, 但会引起较大的晶格畸变、体积膨胀、结构失稳 [13] 。 Kormányos 等 [14] 利用漫反射紫外可见光谱和拉曼光 谱 、 光 电 化 学 技 术 , 并 结 合 线 扫 描 伏 安 法 对 n-ZnNb 2 O 6 三元金属氧化物杂质半导体所作的研究显 示: 交互电磁波对于内光子与电子转化效率关联显 著。在研究 TiO 2 光电特性时, 也发现类似特征 [15][16][17]…”