[发明专利]一种Al/Ga/In+

说明书

本发明涉及介电陶瓷制备技术领域，具体涉及一种Al/Ga/In+Ta共掺杂TiO₂基巨介电陶瓷的制备方法，闪烧法制备了Al/Ga/In+Ta共掺杂TiO₂基巨介电陶瓷。在快速烧结时，试样置于管式炉中，试样两端连接直流电源提供电场，以10℃/min的加热速率加热，当样品温度达到1200℃时，保持5min后施加550V/cm的电场，初始预设电流为1.0A，当施加电场时，电流每3min增加0.1A直到达到限制电流1.5A，然后关闭直流电源，将样品冷却至室温得到这种Al/Ga/In+Ta共掺杂TiO₂基巨介电陶瓷。这种制备方法不仅对进一步研究共掺杂TiO₂巨介电陶瓷材料具有重要意义，而且为其他先进功能陶瓷的制备提供了参考。

技术领域

本发明涉及介电陶瓷制备技术领域，具体涉及一种Al/Ga/In+Ta共掺杂TiO₂基巨介电陶瓷、制备方法及其应用。

背景技术

开发具有稳定的频率和温度稳定性、巨大的介电常数和低介电损耗的介电材料是满足微电子器件小型化和高能量密度存储应用的迫切问题。最近，研究了大量的巨介电陶瓷材料，如BaTiO₃掺杂钙钛矿、NiO掺杂、CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)。但由于这些材料温度稳定性差、介电损耗大，难以满足高性能电容器设备的需求。现有研究中报道有(In,Nb)共掺杂金红石型 TiO₂巨介电陶瓷材料，该材料具有高介电常数(10⁴)、低介电损耗(0.05)以及在宽温度范围 (80-450K)内良好的频率和温度稳定性。他们提出了电子钉扎缺陷偶极子(EPDD)来解释共掺杂金红石型TiO₂巨介电陶瓷良好的巨大介电性能。除了EPDD机制外，还提出了内部势垒层电容效应(IBLC)和表面势垒层电容效应(SBLC)来解释这种巨大的介电行为。因此，有必要进一步探索TiO₂基陶瓷巨介电性能的来源。

研究发现掺杂元素的离子半径对材料的介电性能影响较大。王等人在Correlation between the radius of acceptor ion and the dielectricpropertiesof co-doped TiO₂ ceramics(Ceramics International 45(2019)14625–14633)的研究中表明在(M_0.5Nb_0.5)_0.01Ti_0.99O₂(M＝Al,In,Eu)陶瓷中随着掺杂元素离子半径的增加，晶格畸变的增加，陶瓷的介电性能提高。然而，TiO₂基巨介电陶瓷的制备通常需要高的烧结温度(1400℃)和长的烧结时间(4h)，这将导致晶粒粗大和电性能进一步恶化。李等人使用火花等离子体烧结(SPS)来降低加工温度、缩短烧结时间并提高TiO₂基巨介电陶瓷的介电性能。然而，以这种方式制备巨介电陶瓷的能量和成本得到了显着提高。因此，寻找一种新的烧结方法对降低烧结温度、缩短加工时间、提高电性能具有重要意义。