[發明專利]一種高性能巨介電常數介質材料

在審

• 申請號: 201811093885.9
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109265162A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李玲霞;盧特;張寧;王文波
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C04B35/46
• 分類號: C04B35/46;C04B35/622
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

本發明公開了一種高性能巨介電常數介質材料，以TiO₂粉體為基料，在此基礎上，按化學式(La_0.5Ta_0.5)_xTi_1?xO₂進行三價La³⁺、五價Ta⁵⁺元素共摻雜，其中x＝0.01～0.05。先將La₂O₃、Ta₂O₅和TiO₂按摩爾比x/4：x/4：1?x，其中x＝0.01～0.05進行配料，經球磨、烘干、過篩后進行造粒，再壓制成坯體，坯體于1400～1425℃燒結，得到高性能巨介電常數介質材料。本發明相對于現有技術具有介電常數高，損耗低的特性，且制備工藝簡單、重復性好，利于工業化大規模生產。

技術領域

本發明屬于一種以成分為特征的陶瓷組合物，特別涉及一種高性能巨介電常數介質材料及其制備方法。

背景技術

隨著無線通訊技術的高速發展，在對電子元器件的微型化、高頻化和高儲能設備的迫切需求背景下，研發出具備良好的溫度穩定性及頻率特性的低介電損耗巨介電常數材料(ε＞10⁴)，可使電子科技中眾多領域實現突破性進展，例如有利于MLCC(Multi-layerCeramic Capacitors)器件的薄層化和小型化以及制備出超大容量MLCC；制備出單層高儲能電容器，即單層可滿足傳統MLCC容量需求，節約電極成本。

介質在電場中受電場作用發生極化，介質的極化能力越強，其介電常數越大，實現大容量的同時所需材料的體積越小，實際生產應用中得以極大地縮減器件尺寸，實現集成電路的小型化和微型化。除此之外，介電損耗、介電常數頻率與溫度特性等指標也是衡量材料體系的重要指標參數，與元器件的低損耗、環境穩定性密切相關，其指標參數的優異性是得以實際生產應用的關鍵，目前，研究較多的巨介電常數材料體系并不能同時滿足上述要求，如BaTiO₃類鈣鈦礦體系，通過A、B位離子摻雜方式如(Ba_0.9Nd_0.1)TiO₃、 Ba(Ti_0.86Zr_0.14)O₃、(Ba_0.87Ca_0.09Sr_0.04)(Ti_0.90Zr_0.04Sn_0.06)O₃等體系，以使居里峰左移至室溫附近使其具有位移型擴散轉變的弛豫鐵電體特征，然而這種體系的巨介電常數僅僅體現在室溫附近，具有嚴重的溫度依賴性；另外一種常見的巨介電常數CCTO體系，其在低頻下可表現出>10⁵的介電常數，但因憑借內部阻擋層電容(IBLC)機理引起強烈的界面極化以貢獻介電常數，但也恰因為界面極化的是一種慢極化的表現方式，導致介電常數隨著頻率的增加嚴重下降，以至于1Khz或1MHz下介電常數＜10000，且具有相對較高的介電損耗 (>0.2)。

三五價共摻TiO₂體系于2013年被報道，憑借其優良的介電性能，高頻下仍具有巨介性質，并擁有良好的溫度穩定性，被寄予新一代高儲能電容器的制備材料，目前大多拓寬此體系均基于電子釘扎效應(EPDD)以同時實現巨介電常數和低損耗特性，但采用大半徑離子摻雜引起晶格畸變，使得缺陷簇的產生以及對電子的束縛更加穩固，另外大半徑離子摻雜會引起第二相的產生，同晶粒之間的一直界面會造成IBLC的產生，通過改善摻雜比例以實現EPDD同IBLC之間的最優組合，以達到進一步提高介電常數和降低介電損耗的目的。

發明內容

本發明的目的，在于克服現有巨介電常數體系損耗高、頻段窄等缺點，制備出寬頻范圍低介電損耗、具有優良的溫度穩定特性的巨介電常數材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。