[發明專利]一種提高介電材料電場擊穿強度的方法

在審

• 申請號: 202010981723.X
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112062578A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 彭彪林;唐嗣麟
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/493;C01G53/00;C23C26/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 盧波

本發明涉及一種提高介電材料電場擊穿強度的方法，屬于物理工程技術領域。一種提高介電材料電場擊穿強度的方法，是將LaNiO₃前驅體溶液旋涂于Pt(111)襯底制得第一濕膜；所得第一濕膜干燥、熱解、退火制得多層LaNiO₃薄膜；將PLZST前驅體溶液旋涂于所得多層LaNiO₃/Pt(111)上制得第二濕膜；所得第二濕膜干燥、熱解、退火制得多層PLZST薄膜；選定電場下測試材料的擊穿場強；將樣品低溫極化，得到材料的新的擊穿場強。本發明低溫極化過程中缺陷偶極子的高度有序化，喚醒材料更高的擊穿場強。

技術領域

本發明涉及一種提高介電材料電場擊穿強度的方法，屬于物理工程技術領域。

背景技術

近年來，隨著介電擊穿強度的提高，介電材料的電性能在儲能、電致冷、能量采集等方興未艾的領域得到了很大的改善，介電材料電性能提高的最大好處是電子元件和器件的小型化和集成化。特別是電容器同時具有較高的儲能密度和功率能量密度，使其成為應用于心臟起搏器電源、太陽能或風能脈沖發電設備等下一代大功率電力儲能系統的理想候選者。而常用的強化介電擊穿強度的方法有：a)通過機械研磨或流延來減小厚度，減小電極面積，b)通過控制晶粒尺寸來實現燒結致密化，上述方法較為繁瑣，不方便大規模推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高介電材料電場擊穿強度的方法。(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O₃(即PLZST)是一種具有巨大儲能密度的介電材料，通過溶膠凝膠合成法在復合基底上面制備出的(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O₃薄膜材料具有較大的儲能效應，而此發明，首次探索了低溫極化方法作為一種新的普遍、簡單、有效的增強介電擊穿強度的策略。利用這種新方法，PLZST薄膜在低溫度下極化可以喚醒室溫下新的介電擊穿強度。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種提高介電材料電場擊穿強度的方法，包括以下步驟：

1)將LaNiO3前驅體溶液旋涂于Pt(111)襯底制得第一濕膜；

2)將步驟1)所得第一濕膜干燥、熱解、退火制得一層LaNiO₃薄膜；

3)重復步驟1)和步驟2)，制得多層LaNiO₃/Pt(111)復合基底；

4)將PLZST前驅體溶液旋涂于步驟3)所得的多層LaNiO₃/Pt(111)復合基底上制得第二濕膜；

5)將步驟4)所得第二濕膜干燥、熱解、退火制得一層PLZST薄膜薄膜；

6)重復步驟4)和步驟5)，制得多層PLZST薄膜；

7)以Au/Cr或ITO作為頂電極，在室溫1-10khz的選定電場下測試PLZST薄膜的P-E循環，得到材料的擊穿場強；

8)將步驟7)的樣品從室溫T1狀態降至-180～-200℃的T2狀態，停留100-180s，根據材料的擊穿場強選擇25-35V偏壓值進行極化，時間為120-240s，再測試PLZST薄膜的低溫P-E循環；

9)將步驟8)的樣品從T2狀態升至室溫T1狀態，停留300-480s,在此狀態1-10khz的選定電場下再測試PLZST薄膜的P-E循環，得到材料的新的擊穿場強。

優選的是，步驟1)所述的LaNiO3前驅體溶液由如下方法制得：將原料Ni(CH3COO)₂、La(NO₃)₃于室溫溶解在冰醋酸、水和甲酰胺的混合溶液中。然后將溶液放置12-24h，最后得到濃度為0.3M的LaNiO3前驅體溶液；將LaNiO3前驅體溶液以4000-6000rpm的轉速旋涂30-60s在Pt(111)襯底上面，得到第一濕膜。