[发明专利]一种SnO2

说明书

本发明提供了一种SnO₂基陶瓷材料及其制备方法与应用。该SnO₂基陶瓷材料，由以下摩尔份数的原料制备得到：SnO₂粉末85~98份、Bi₂O₃粉末为1~7.5份、Nb₂O₅粉末为1~7.5份。本发明采用固相合成法制备(Bi+Nb)共掺杂SnO₂陶瓷，通过改善制备工艺以及烧结方式成功的制备了兼具巨介电和低损耗的陶瓷材料。该巨介电陶瓷材料兼具高的介电常数、低介电损耗，且频率特性和温度特性稳定，能够适应低高温工作环境，非常适合微型电容器，在集成电路中有着巨大的实用价值，解决了巨介电材料在具有高介电常数的同时有着低的介电损耗的问题，并且该发明有着良好的频率和温度稳定性。

技术领域

本发明涉及一种SnO₂基陶瓷材料及其制备方法与应用，尤其是涉及一种巨介电、低损耗SnO₂基陶瓷材料及其制备方法与应用，属于陶瓷制备技术领域。

背景技术

电子科学技术的快速进步，电子设备与电子系统朝着微型轻便、模块化、高度集成、高可靠性、快速运算的趋势发展。巨介电常数材料（CP，ε＞1000）是实现固态电容、动态存储、逻辑器件、能量存储等电子器件越来越小型化、集成化、高性能化的关键材料，在各种类型的小型化电子设备和高能量密度存储中有着巨大的潜力。近年来研究者研究CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)材料，虽然介电常数很大，但是不足的是介电损耗太高，且温度稳定性较差；BaTiO₃(BTO)介电材料，由铁电性引起的高介电常数，但是只在居里温度点（120℃）附近出现非常高的介电常数，超过相变温度巨介电常数急剧下降，弛豫铁电体Pb基钙钛矿（如Pb(Zr, Ti)O₃），在相变温度区（铁电-顺电）有着很高的介电常数，不足的是介电常数随着温度的升高其变化幅度太大，对环境也有着严重的污染。因此获得同时具有高介电常数、低介电损耗、良好的单相频率和温度稳定性且环境友好型的巨介电材料仍然是一个艰巨的挑战和重要的任务。

最早科研工作者们在研究SnO₂材料时，是以分析去其压敏效应为主，后来科研工作者们开始尝试通过共掺杂的方法去研究掺杂后的SnO₂陶瓷材料的介电行为。Hu等人通过在SnO₂基体中掺杂Mg表现出了巨介电行为，但是介电损耗太高，且随频率的变化幅度太大；随后Khan等人通过共掺杂（Zn，Co）制备SnO₂陶瓷，虽然有着很高的介电常数，但是高介电常数只出现在很低的频率范围内；Zaman和Wang通过掺杂别的元素也发现了巨介电常数现象，且其损耗也很低。中国专利文献CN112521144A提供一种低温巨介电反磁铁陶瓷材料及其制备和应用，该陶瓷材料为由SnO₂基陶瓷粉体材料经烧结得到，该SnO₂基陶瓷粉体材料包括主成分SnO₂粉体，还包括改性剂，所述改性剂为过渡金属氧化物CoO和/或Ta₂O₅，所述改性剂在所述陶瓷粉体组合物中的摩尔比低于10%。但是，衡量材料性能优异与否不仅仅只是看其频率稳定性，还要看其温度稳定性，该低温巨介电反磁铁陶瓷材料通过掺杂过度金属元素，虽然改善了该陶瓷材料的性能，也有着良好的频率稳定性，但是其介电常数与介电损耗随温度的变化幅度太大，介电性能没有良好的温度稳定性，在低温度和高温度区域，介电损耗呈现急剧增加的趋势。

目前对于掺杂SnO₂陶瓷巨介电性能的相关研究报道少之又少，这种新型的陶瓷材料处于萌芽阶段，因此SnO₂陶瓷材料有着巨大的研究空间和广阔的应用前景的，在未来必然会成为巨介电材料研究领域的新成员。因此，继续探究掺杂SnO₂陶瓷的巨介电性能具有重要的意义。鉴于上述原因，本申请发明人经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容