一种超高介电常数复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种新型超高介电常数复合材料、制备方法及应用，其为具有pn结的n型半导化金属氧化物与p型半导化金属氧化物形成的氧化物复合材料，其相对介电常数超过10

【技术实现步骤摘要】
一种超高介电常数复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种新型超高介电常数复合材料、其制备方法及应用，属于高介材料制备

技术介绍
电容器是现代电子工业必不可缺的电子元器件，如何缩减电子元器件体积，提高电容器容量，实现表面安装是电容器研究重要课题。除去元件结构问题，电介质材料的介电性能的提高，则一直是材料研究所追求的目标，其中介电常数的提高，则是最为重要的研究方向。电解电容是电容的一种，金属箔(铝或钽)为正极，与正极紧贴金属的氧化膜(氧化铝或五氧化二钽)是电介质，负极由导电材料、电解质(可以是液体或固体)和其他材料共同组成，因电解质是负极的主要部分，电解电容因此而得名。电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1～3300μF，额定工作电压范围为6.3～700V。其缺点是介质损耗、容量误差较大(最大允许偏差为+100％、-20％)，耐高温性较差，长时间存放容易失效。固态铝质电解电容则是对与普通电解电容进行改进，最大差别在于采用了不同的负极材料，液态铝电容负极材料为电解液，而固态电容的负极材料则为导电性高分子材料。固态铝质电解电容提高了稳定性和使用寿命，不会出现变形、爆浆、漏液等的现象。固态电容与电解电容相比，同体积同电压下，电解电容的容量远大于固态电容，固态电容的低频响应不如电解电容。以上两种电容器制造工艺较为复杂，做成贴片式电容器尚有难度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种新型超高介电常数复合材料及其制备技术和应用。该材料为大容量全固态，适合表面安装的新型电容器材料。制备方法是将p型半导化金属氧化物粉体与n型半导化金属氧化物粉体通过物理或化学的办法，使p型氧化物颗粒与n型氧化物颗粒之间形成pn结，这些具有pn结的氧化物颗粒通过压制或烧结形成具有超高介电常数的新型复合材料。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种超高介电常数复合材料，其为具有pn结的n型半导化金属氧化物和p型半导化金属氧化物的复合物，其相对介电常数大于105。进一步地，所述n型半导化的金属氧化物为Fe3O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、(NiCuZn)Fe2O4(NiCuZn铁氧体)、MgFe2O4、TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、(SrBa)TiO3(BST，钛酸锶钡)、Ba(TiZr)O3(BZT，锆钛酸钡)、SnO2、CaSnO3、BaSnO3、SrSnO3、BiFeO3、ZnO中的至少一种；所述p型半导化金属氧化物为MnO2、RuO2、Mn3O4、MnO、CaMnO3、SrMnO3、LaMnO3、La1-xSrxMnO3(其中，x＝0～0.7)、NiO、CoO、FeO、CuO、Cu2O、YBa2Cu3O7－δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10－δ中的至少一种。优选地，所述n型半导化的金属氧化物与所述p型半导化金属氧化物中金属原子的摩尔比为1～9：9～1。一种超高介电常数复合材料的制备方法，其包括如下步骤：S1、将能够n型半导化的金属氧化物粉体在还原气氛中处理或通过施主掺杂的方法使其半导化；S2、将步骤S1中所述n型半导化金属氧化物粉体，在其表面或界面处通过物理或化学的方法生长或结合一种p型半导化金属氧化物形成pn结的粉体；S3、将S2中所获得的具有pn结的粉体通过压制或烧结形成具有超高介电常数的新型复合材料。如上所述的制备方法，优选地，在步骤S1中，所述n型半导化的金属氧化物包括Fe3O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、(NiCuZn)Fe2O4(NiCuZn铁氧体)、MgFe2O4、TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、(SrBa)TiO3(BST)、Ba(TiZr)O3(BZT)、SnO2、CaSnO3、BaSnO3、SrSnO3、BiFeO3中的至少一种。在步骤S1中某些氧化物粉体无需处理，合成出来就是半导化金属氧化物粉体，则直接进入下一步。如Fe3O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、(NiCuZn)Fe2O4(NiCuZn铁氧体)、MgFe2O4等不需要进行处理，直接用于与p型半导化金属氧化物进行反应来生成pn结。而需要在还原气氛中处理的为TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、(SrBa)TiO3(BST)、Ba(TiZr)O3(BZT)、SnO2、CaSnO3、BaSnO3、SrSnO3、ZnO等，还原气氛是指在氢气、CO等氛围中，施主掺杂的方法是指BaTiO3、SrTiO3、(SrBa)TiO3(BST)、Ba(TiZr)O3(BZT)、SnO2等，掺入高价离子如Sb5+、Nb5+和Bi3+及稀土离子(后两类不用于SnO2),通过800～1350℃高温处理，使其半导化。如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，所述p型半导化金属氧化物包括MnO2、RuO2、Mn3O4、MnO、CaMnO3、SrMnO3、LaMnO3、La1-xSrxMnO3、NiO、CoO、FeO、CuO、Cu2O、YBa2Cu3O7－δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10－δ中的至少一种。优选地，在步骤S2中，所述n型半导化的金属氧化物与所述p型半导化金属氧化物的用量为按照n型半导化的金属氧化物与p型半导化的金属氧化物中的金属原子的摩尔比为1～9：9～1。如上所述的制备方法，优选地，在步骤S2中，所述物理或化学方法包括：蒸镀、水热法、化学液相沉淀、溶胶凝胶法等。蒸镀是指采用高温、激光、等离子等手段使靶材蒸发，然后再在特定位置凝聚，利用这种方法可以获得异质结(如pn结)、金属电极等。水热法是指主要以水溶液作为反应介质，在密闭的反应容器内，通过对含有液相(如水、有机溶剂等)的反应物加热，使系统内温度超过所含液相的沸点而使系统内产生一定的压强，使物质在液相中进行一系列化学反应的方法产生制备出所需要的产物。化学液相沉淀法是在溶液状态下将不同的可溶性金属盐混合，然后在溶液中加入沉淀剂，在一定的温度等条件下反应形成沉淀，该沉淀可以是所需要的产物或其前聚体，如果是前聚体则需要对其做进一步的热处理，从而得到所需物质。由于本方法简单易行，尤其是如果不需要热处理直接沉淀出产物的情况。所以后面的优选实施例以该方法为主。具体地，其包括如下步骤：将能够n型半导化的金属氧化物粉体(如BaTiO3、Ba0.9Sr0.1TiO3等)在还原气氛中热处理使其半导化；将半导化的n型半导化的金属氧化物加入能够生成沉淀为p型半导化的金属氧化物的可溶性金属盐溶液中，在一定温度如60～80℃，再加入沉淀剂，搅拌后获得沉淀即为具有pn结的超高介电常数复合材料。进一步地，n型半导化的金属氧化物与p型半导化的金属氧化物中二者的金属原子摩尔比优选为1～3：3～1。溶胶凝胶法是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经过高温热处理而制成氧化物或其他化合物固体的方法。如上所述的制备方法，优选地，在步骤S3中，所述压制的条件为1MPa～100MPa，所述烧结的条件为800～1350℃。如上所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高介电常数复合材料，其特征在于，其为具有pn结的n型半导化金属氧化物和p型半导化金属氧化物所形成的复合物，其相对介电常数大于105。

【技术特征摘要】
1.一种超高介电常数复合材料，其特征在于，其为具有pn结的n型半导化金属氧化物和p型半导化金属氧化物所形成的复合物，其相对介电常数大于105。2.如权利要求1所述的超高介电常数复合材料，其特征在于，所述n型半导化的金属氧化物为Fe3O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、MnFe2O4、NiCuZn铁氧体、MgFe2O4、TiO2、CaTiO3、BaTiO3、SrTiO3、BST、BZT、SnO2、CaSnO3、BaSnO3、SrSnO3、BiFeO3、ZnO中的至少一种；p型半导化金属氧化物为MnO2、RuO2、Mn3O4、MnO、CaMnO3、SrMnO3、LaMnO3、La1-xSrxMnO3、NiO、CoO、FeO、CuO、Cu2O、YBa2Cu3O7－δ、Bi2Sr2Ca2Cu3O10－δ中的至少一种。3.一种超高介电常数复合材料的制备方法，其包括如下步骤：S1、将能够n型半导化的金属氧化物粉体在还原气氛中处理或通过施主掺杂的方法使其半导化；S2、将步骤S1中所述n型半导化金属氧化物粉体，在其表面或界面处通过物理或化学的方法生长或结合一种p型半导化金属氧化物形成pn结的粉体；S3、将S2中所获得的具有pn结的粉体通过压制或烧结形成具有超高介电常数的新型复合材料。4.如权利要3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述n型半导化的金属氧化物包括Fe3O4、ZnFe2O4、CuFe2O4、CoFe2O4、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐建全，汪晋宽，马振伟，张圆喜，张琴琴，李梦莹，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21