[發明專利]一種獲得寬溫域高介電常數的三弛豫態鐵電陶瓷的方法

在審

• 申請號: 202010595518.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111792930A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 高景暉;王妍;徐靖喆;劉泳斌;鐘力生
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/468
• 分類號: C04B35/468;C04B35/622;H01G4/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發明公開了獲得寬溫域高介電常數的三弛豫態鐵電陶瓷的方法，涉及電子材料領域，包括：確定摻雜了離子的鈦酸鋇體系為BCyTSx，其中，x、y分別指的是BaSnO₃、CaTiO₃所占BCyTSx整體的物質的量的百分比，0≤x≤0.2，y＝0，0.1，0.22；按摻雜離子百分比從小到大的順序設計三弛豫態鈦酸鋇系陶瓷材料；制備鈦酸鋇系陶瓷材料并進行Curie?Weiss擬合；對鈦酸鋇系陶瓷材料進行分析，找到樣品的單斜相、正交相和菱形相的多相共存區域，當有樣品同時具備弛豫特性和多相共存區域，此時對應弛豫相變點和三臨界點的鐵電陶瓷組成成分即為三弛豫態鐵電陶瓷材料。本發明在鐵電陶瓷材料領域具有普遍性。

技術領域

本發明涉及電子陶瓷材料領域，尤其涉及一種獲得寬溫域高介電常數的三弛豫態鐵電陶瓷的方法。

背景技術

鐵電體是電氣功能材料中的一個重要的組成部分，由于其優良的介電性能、機電性能、電卡效應，使其在電子和電氣設備中得到了廣泛的應用。例如儲能電容器，固態冷卻裝置等。隨著高儲能密度設備和先進鐵電制冷器件的迅速發展，對新型鐵電材料的需求也越來越高，要求其擁有高介電常數的同時，仍保持著良好的溫度穩定性以適應不穩定的環境溫度，但這兩種性能很難在一種材料中同時出現。高介電常數常常出現在相變溫度附近，但介電常數在溫度遠離相變溫度時迅速下降，因此這種材料的溫度穩定性很差。例如BaTiO₃，他的最大介電常數為10000，但只在溫度接近3K時才會出現。這些使得材料的高介電性能和溫度穩定性之間的相互平衡似乎很難克服。

目前常用的手段來實現高介電性能和溫度穩定性的平衡是使用弛豫鐵電體，其結構和性能不同于常見的鐵電材料，弛豫鐵電體有著極性納米區而非宏觀鐵電疇，并且弛豫鐵電體會經歷弛豫相變，這些使得其結構在本質上是分散的，因此其擁有一個很寬的介電常數峰，這個峰跨過了弛豫相變，這使得弛豫鐵電體有著良好的溫度穩定性。然而，由于鐵電體的性質，在提升溫度穩定性的同時，介電常數值勢必會有所下降，這種情況常見于Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃，(Ba，Ca)(Ti，Hf)O₃，K_0.5Na_0.5NbO₃-BaTiO₃體系中。另外一種巨介電常數的材料似乎解決了高介電常數和溫度穩定性這一問題，但這一材料的介電損耗高(10-300％)，擊穿場強低(1-8KV/cm)，這使得其很難在儲能材料和電熱材料中進行應用。因此，目前缺少一種有效的材料，在擁有寬溫域高介電常數的同時能夠在工業領域進行使用。

最近，有研究表明弛豫型鈦酸鋇基陶瓷材料在極性納米區中擁有單斜相、正交相和菱形相，這些會使得這種材料具有多種優良的性質，然而多相共存點和弛豫相變點處于相對變化狀態，因此本領域技術人員考慮在弛豫型鐵電陶瓷材料中找到多相共存點和弛豫相變點的并存區域(三弛豫態)，使得陶瓷材料擁有寬溫域和高介電常數。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種獲得寬溫域高介電常數的三弛豫態鐵電陶瓷的方法，使得陶瓷材料擁有寬溫域和高介電常數。

為實現上述目的，本發明提供了一種獲得寬溫域高介電常數的三弛豫態鐵電陶瓷的方法，S100、確定摻雜了離子的鈦酸鋇體系為(Ba_1-yCa_y)(Ti_1-xSn_x)O₃(BCyTSx)，其中，x、y分別指的是BaSnO₃、CaTiO₃所占(Ba_1-yCa_y)(Ti_1-xSn_x)O₃整體的物質的量的百分比；

S200、按所述摻雜離子百分比從小到大的順序設計三弛豫態鈦酸鋇系陶瓷材料；