论文部分内容阅读
介电材料作为陶瓷电容器中的核心材料,是新型储能材料开发的一类关键材料,被广泛地应用在微电子元器件、存储器、电容器等领域。如何提高电介质电容器的介电性能是当前电容器领域中的研究热点和前沿。ACu3Ti4O12（简称ACTO）陶瓷材料是近年来发现并研究较多的新型高介电常数材料,这类材料具有高介电常数、优良的介电常数频率及温度稳定性等优点,使其在储能电容器方面有着潜在的应用价值。而Y2/3Cu3Ti4O12（简称YCTO）陶瓷材料作为ACTO类陶瓷材料中的一员,展现出了较为优异的介电性能,并且其介电常数温度稳定性满足X7R的要求。然而,尽管YCTO类陶瓷材料具有上述优点,但是要想在实际工程中得到应用,必须解决该类材料损耗较高、击穿场强低等瓶颈问题。因此,进一步开展提高YCTO材料的介电常数、降低其介电损耗以及提高其击穿场强的研究具有一定的应用价值。本文首先对YCTO陶瓷的制备工艺进行优化,提升YCTO陶瓷材料的性能。其次,通过Zn、Mg、Al三种离子在A’位（Cu位）的取代提高晶界电阻,从而降低材料的介电损耗,并探讨材料晶界电阻与材料电性能的关系。最后,系统分析三种离子取代对于材料温度稳定性和时间稳定性的影响。本文主要的研究结论如下:1.采用传统固相法,成功制备出纯相的YCTO陶瓷材料。系统分析原料选择与烧结工艺对YCTO陶瓷材料的相结构、表面微观形貌、介电性能的影响,获得制备YCTO陶瓷材料的最佳制备工艺:钛源为北京蒙泰二氧化钛,烧结温度为1080℃,保温时间为25h,并具有良好的表面形貌、均匀的晶粒尺寸以及较高的介电常数（10kHz下εr=8350）、较低的介电损耗（10kHz下tanδ=0.047）。2.采用传统固相法,成功制备出纯相的Y2/3Cu3-xZnxTi4O12、Y2/3Cu3-xMgxTi4O12和 Y2/3Cu3-xAlxTi4O12陶瓷材料（x值为0、0.03、0.05、0.07、0.1）。系统分析三种离子取代对材料的相结构、表面微观形貌、介电性能、阻抗、电流密度-电场的影响规律。结果发现,三种离子的取代能够有效提高晶界电阻,降低材料的介电损耗且兼顾了材料的巨介电性。在测试频率10kHz下,Zn离子取代量为0.07时,材料的 tanδ=0.033,εr=8651;Mg 离子取代量为 0.05 时,tanδ=0.027,εr=12370;Al离子取代量为0.05时,tanδ=0.028,εr=9540。Mg离子的引入对介电性能优化的效果最为明显,Zn离子的引入对提高击穿场强和储能密度的效果最为明显。3.系统研究 Y2/3Cu3-xZnxTi4O12、Y2/3Cu3-xMgxTi4O12和Y2/3Cu3-xAlxTi4O12（x=0、0.03、0.05、0.07、0.1）陶瓷样品在室温、-20℃以及60℃控温条件下的时间稳定性和不同频率下的温度稳定性。结果表明:Zn、Mg、Al三种离子取代的YCTO陶瓷样品均具有较好的时间稳定性和温度稳定性,并且随着取代含量的增大,材料的温度稳定性逐渐升高,容温变化率均符合X7R标准。其中Al0.1样品的温度稳定性最好,容温变化率仅为-7.9%～8.1%,相比于基础体系的-21%～26%有着显著的提高。