[發(fā)明專利]一種高儲(chǔ)能特性的柔性鈦酸鉍鈉基薄膜電容器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811256156.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109494076A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊長(zhǎng)紅;韓亞潔;錢進(jìn);呂盼盼;陳樂(lè)欣;林秀娟;黃世峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G4/005
• 分類號(hào): H01G4/005;H01G4/12;H01G4/33
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 王翠翠

本發(fā)明屬于電子功能材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種高儲(chǔ)能特性的柔性鈦酸鉍鈉基薄膜電容器及其制備方法。本發(fā)明的薄膜電容器，由柔性云母基片、Pt薄膜底電極、鐵電薄膜層和金屬Pt或Au頂電極組成。本發(fā)明的薄膜電容器，以鈦酸鉍鈉基鐵電薄膜作為功能層，其化學(xué)通式為0.97(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃?0.06BaTiO₃)?0.03BiFeO₃?xCeO₂?yMnO₂，其中0≤x≤1%，0≤y≤2%，且y＞x。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，所制備的柔性鈦酸鉍鈉基薄膜電容器耐彎折、儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能效率高、熱穩(wěn)定性好、損耗低，可滿足柔性儲(chǔ)能元器件的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子功能材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種高儲(chǔ)能特性的柔性鈦酸鉍鈉基薄膜電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

介電儲(chǔ)能電容器因其具有壽命長(zhǎng)、效率高、充放電時(shí)間短等特點(diǎn)而備受青睞。隨著高新技術(shù)的發(fā)展以及器件小型化的發(fā)展趨勢(shì)，具有高儲(chǔ)能、低成本、高可靠性、易集成等優(yōu)點(diǎn)的鐵電薄膜電容器成為研究熱點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用于脈沖功率電子、移動(dòng)電子設(shè)備等領(lǐng)域的薄膜電容器多以傳統(tǒng)的鋯鈦酸鉛(PZT)等鉛基鐵電薄膜作為功能層(參考文獻(xiàn)：EmeryBrown, Chunrui Ma, Jagaran Acharya, Beihai Ma, Judy Wu and Jun Li,Controlling dielectric and relaxor-ferroelectric properties for energystorage by tuning Pb_0.92La_0.08Zr_0.52Ti_0.48O₃ film thickness, ACSApplied Materials Interfaces, 2014, 6, 22417?22422.)，但是高含量的鉛對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)作為一種無(wú)鉛弛豫型鐵電體，居里溫度高(T_c = 320 ℃)，被認(rèn)為是一種極具潛力的儲(chǔ)能電容器材料之一。

進(jìn)入新世紀(jì)，物聯(lián)網(wǎng)和柔性電子技術(shù)的興起，對(duì)電子材料提出了更高的要求，既要求其性能卓越，也需要具備良好的柔性及延展性。柔性電子器件由于其輕質(zhì)便攜、智能可穿戴、界面人性化等突出特點(diǎn)可用于柔性顯示、智能傳感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前，以硬性襯底為基底材料的鈦酸鉍鈉基薄膜電容器表現(xiàn)出良好的儲(chǔ)能特性，例如，Zhang等人通過(guò)在Pt/Ti/SiO₂/Si襯底上生長(zhǎng)了SrTiO₃固溶改性的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜，其儲(chǔ)能密度可達(dá)27 J/cm³(參考文獻(xiàn)：Yulei Zhang, Weili Li, Wenping Cao, Yu Feng, Yulong Qiao, TiandongZhang and Weidong Fei, Mn doping to enhance energy storage performance oflead-free 0.7NBT-0.3ST thin films with weak oxygen vacancies, Applied Physics Letters, 2017,110, 243901.)，但這種硬性襯底難以滿足柔性電子器件可彎折的要求。而常用的柔性襯底如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)等有機(jī)聚合物耐溫不超過(guò)200 ℃，無(wú)法滿足鈦酸鉍鈉基薄膜結(jié)晶所需的退火溫度。透明的氟晶云母(Fluorocrystalmica)作為一種耐高溫的二維柔性材料，是研發(fā)新型柔性鈦酸鉍鈉基薄膜儲(chǔ)能電容器的首選基底材料。

發(fā)明內(nèi)容