[發(fā)明專利]一種巨介電常數(shù)復合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110092047.1
• 申請日: 2011-04-13
• 公開（公告）號: CN102219510A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳勇軍;蘇紹華;陳湘明
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/622
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容器等元器件用的巨介電常數(shù)復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

介電材料在電力與電子工程技術(shù)中有著非常廣泛的應(yīng)用。電子與電力設(shè)備的小型化和輕量化對電容器等元器件的小型化和微型化提出了更高的要求。在電容器結(jié)構(gòu)和工藝條件確定的的情況下，電容器的容量大小主要由介電材料的介電常數(shù)決定。因此，提高介電常數(shù)是實現(xiàn)電容器微小型化的關(guān)鍵。目前已有的高介電常數(shù)材料的室溫介電常數(shù)在數(shù)千，很難繼續(xù)提高。而電力電子技術(shù)的進一步發(fā)展需要介電常數(shù)在100000以上的巨介電常數(shù)材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種室溫介電常數(shù)在100000以上、介電損耗較低的巨介電常數(shù)復合材料及其制備方法。

本發(fā)明的巨介電常數(shù)復合材料，其特征在于它是含有鋯鈦酸鋇Ba(Zr_xTi_1-x)O₃，0.05≤x≤0.4和碳納米管CNTs的復合材料，其表達式為Ba(Zr_xTi_1-x)O₃-ywt%CNTs，其中，0.05≤x≤0.4；0<y≤0.1。

本發(fā)明的巨介電復合材料的制備方法，是采用放電等離子燒結(jié)法，步驟如下：

1）將鋯鈦酸鋇Ba(Zr_xTi_1-x)O₃，0.05≤x≤0.4和碳納米管CNTs按表達式Ba(Zr_xTi_1-x)O₃-ywt%CNTs的化學計量比稱量，在無水乙醇中用超聲波混合，烘干，再用研缽研磨混合；

2）將步驟1）的混合粉末裝入石墨模具，放入放電等離子燒結(jié)裝置，在1350℃下真空中加壓30MPa燒結(jié)，得到復合材料燒結(jié)體，燒結(jié)體在800℃空氣中熱處理30分鐘，得到巨介電常數(shù)復合材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的巨介電復合材料在250K至400K的很寬溫度范圍內(nèi)具有100000以上的介電常數(shù)，介電損耗較低。采用放電等離子燒結(jié)方法制備，工藝簡單。本發(fā)明的巨介電常數(shù)復合材料，可用于大容量電容器等元器件，在電力電子工業(yè)領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用價值。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。

發(fā)明的巨介電復合材料的表達式為

Ba(Zr_xTi_1-x)O₃-ywt%CNTs,?其中，0.05≤x≤0.4；0<y≤0.1。

實施例：

制備方法：首先將（Ba(Zr_xTi_1-x)O₃，x=0.2）和碳納米管（CNTs）按表達式Ba(Zr_xTi_1-x)O₃-ywt%CNTs的化學計量比稱量，用超聲波在無水乙醇中混合并烘干，用研缽研磨混合后，將粉末裝入石墨模具，放入放電等離子燒結(jié)裝置在1350℃下真空中加壓30MPa燒結(jié)得到致密的復合材料燒結(jié)體，燒結(jié)體在空氣中800℃下熱處理30分鐘，得到巨介電常數(shù)復合材料。

將制得的圓柱形復合材料樣品兩端涂上銀電極后，利用寬溫寬頻介電譜儀測量其在250K至400K之間，400Hz至100kHz下的介電常數(shù)和介電損耗。

表1示出了構(gòu)成本發(fā)明的各成分含量（x=0.2）以及在不同溫度和1kHz頻率下的介電常數(shù)ε與介電損耗tanδ，制備方法如同上述實施例。

在10^oC及1kHz頻率下，未添加CNTs的BZT陶瓷的介電常數(shù)為4930。由表1可知，CNTs的添加極大地提高了CNTs/BZT復合材料的介電常數(shù)，CNTs的含量在0.025wt%附近達到了最大值，繼續(xù)增加CNTs的含量會降低復合材料的介電常數(shù)。同時CNTs/BZT復合材料的介電損耗保持在較小值，上述復合材料能夠滿足電容器等元器件的實際應(yīng)用要求。

在本實施例的所有成分中，y=0.?025的成分具有最佳性能：在50^oC和1kHz下其介電常數(shù)達到了609410，介電損耗為0.078。