[發明專利]一種超低損耗巨介電常數介質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811094304.3
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN108947522A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 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: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/50
• 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

本發明公開了一種超低損耗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(Nd_0.5Nb_0.5)_xTi_1?xO₂進行三價Nd³⁺、五價Nb⁵⁺元素共摻雜，其中x＝0.005～0.05。先將Nd₂O₃、Nb₂O₅和TiO₂按摩爾比x/4：x/4：1?x，其中x＝0.005～0.05進行配料，經球磨、烘干、過篩，再進行造粒，壓制成坯體，坯體于1400～1450℃燒結，得到超低損耗巨介電常數介質材料。本發明具有介電常數高，損耗低的特性，且工藝簡單、重復性好，有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，特別涉及一種超低損耗巨介電常數材料及其制備方法。

背景技術

隨著器件向小型化方面的發展和對高儲能密度存儲器件的應用需要，往往是在很小的芯片上集成數以萬計的元器件，因此包括電容器在內的元器件微型化和小型化是必然趨勢。材料介電常數越大，較小的體積就能夠具有超高的電容容量，因而具有巨大的體積優勢，大大降低了原材料成本，集成度也得到很大提高。因此，選擇超高介電常數材料對于電子電路小型化與微型化、大規模集成電路技術的發展有著十分重要的意義，并促進電能存儲設備通過材料的不斷創新實現突破，向著更高能量密度的方向發展。對巨介電材料的探索是近年國內外新材料研究領域的一個熱點，巨介電常數材料憑借超高介電常數使微型化電容器的制備成為可能，而電容器作為電路中的基本元件，其微型化的實現得以推動電子元器件小型化的發展。因此，具有高介電常數、低介電損耗、優良溫度和頻率特性的電介質材料的發現與制備被國內外眾多學者所關注。

常規材料在介電常數(ε＜4000)方面遠遠不能滿足現代通信設備小型化的需求。因此如何突破傳統材料的極限，開發具有巨介電常數及其他優良介電性能的新材料體系，研究材料的組分、結構、制備方法、性能與結構的相互影響因素等成為當前亟需解決的課題。

截止至今，被人們廣泛研究的巨介材料有基于內阻擋層理論的CaCu₃Ti₄O₁₂、基于居里峰左移的BaTiO₃、SrTiO₃基構成的Y5V型巨介電常數電容器介質材料、基于“滲流理論”模型的材料以及基于缺陷-電子偶極子模型(A_(4-5n)/3B_n)_xTi_1-xO₂體系等。但CaCu₃Ti₄O₁₂體系在高溫高頻下介電性能惡化嚴重且損耗較高、Y5V型巨介電常數材料因居里峰左移使其工作溫區較窄，使其難以得到實際生產應用。基于“滲流理論”制備的巨介材料由于內部存在金屬，在實際操作中會導致材料內部金屬同外部電極發生擴散，導致器件的損壞使其得以在現實中生產難以得到實際應用。基于“局域電子釘扎效應模型”的(A_(4-5n)/3B_n)_xTi_1-xO₂體系具有超高介電常數、低損耗、優異的溫度穩定性和頻率特性，可望解決當前器件產生信號衰減、發熱以及失效等問題，在高儲能密度電容器方面顯示出巨大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的，拓寬(A_(4-5n)/3Nb_n)_xTi_1-xO₂體系，解決目前巨介電常數材料損耗通常過高的問題，提供一種高性能的超低損耗巨介電常數介質材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。