铁电体以及为此合适的方法和用途技术

描述一种铁电体，所述铁电体包括具有铪含量为2%或更少的压电材料，描述这样的铁电体在能量获取中以及用于在存储器、处理器和传感器技术中实现的用途，描述铁电体的用途，其中能量需求由于超导性而被降低，以及描述用于制造铁电体的方法，其中使用烧结方法。其中使用烧结方法。其中使用烧结方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铁电体以及为此合适的方法和用途


[0001]本专利技术涉及一种铁电体以及为此合适的方法和用途。

技术介绍

[0002]传统的铁电体、尤其是在分子结构（B面）的内部中包含锆石（Zirkon）和钛的具有钙钛矿结构的压电材料、例如基于PZT和BZT的材料是市场上最常见的压电材料。
[0003]在制造例如PZT（锆钛酸铅）时使用氧化锆。从而当氧化锆在矿山中被开采时，所述氧化锆由于天然存在优先地具有2
‑
3%的铪含量，其中高达5%同样是可能的。因此，PZT材料通常利用包含2
‑
2.5%铪的氧化锆制造。
[0004]此外，从US 7,059,709已经知道的是，铪相对于自然存在的减少尤其是在薄层的应用情况下、诸如在喷墨打印机情况下积极地影响一定的压电特性。然而，在现有技术中不利的是，迄今仅能够在特殊的应用情况下、诸如在喷墨打印机情况下获得这些结果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的任务在于克服现有技术的缺点。此外，应该实现的是，铁电体的压电特性不仅仅针对薄层技术被改善。附加地，应该增加铁电体的菱方结构（rhomboedrischen Struktur）的含量。
[0006]这些任务利用权利要求1、9、10、11和12的主题来解决。
[0007]根据本专利技术，已经表明铁电体、例如PZT和用包含少于2%铪的氧化锆制造的材料具有明显更好的压电特性。所使用的氧化锆优选地应该尽可能纯净，即最好地与根本不包含铪一样好。如果使用具有例如2%以上的相关铪含量的氧化锆，则铪具有支持四方相并且同时抑制菱方相的特性。与此相反，如果使用例如2%以下、优选1%以下的相关铪含量，则铪具有较少地抑制菱方相的特性。
[0008]由于小于2%的铪含量的减少（这不是自然发生的），根据本申请的铁电体可以一方面被用在能量获取中或另一方面被用于在存储器、处理器、传感器技术和执行元件中实现。同样已经表明，能量需求在出现超导性时以及由于超导性而被降低。
[0009]根据本专利技术的特征的进一步改进方案是从属权利要求的主题。
[0010]根据本申请，在相对于自然存在减少的铪含量的情况下有利地实现0.2％或更低的介电损耗因数。这尤其是在介电常数和/或压电效应d33不变的情况下被实现。因此，根据本申请的铁电体可以在使用电构件或电路时导致巨大的能量节省。
[0011]此外，有利地使用两相或多相材料作为铁电体，使得菱方相在减少的铪含量的情况下被增加或较少地被抑制。通过增加菱方相来增加压电特性。
[0012]作为另一优点已经证明，在电损耗不变的情况下在等于或小于2%的减少的铪含量的情况下、即在具有和不具有减少的铪含量的可比铁电体之间，实现相对介电常数和/或压电效果d33提高至少50%或更多。此外，在相对介电常数几乎不变的情况下，实现电损耗减少至少50%。此外，有利地已经表明，在压电效应d33不变的情况下实现电损耗减少至少50％。
这些效应在其各自的使用时也有助于改善的能量平衡。由于改善的能量平衡，可以增加构件的封装密度，由此与传统的构件相比同样实现更高的计时（Taktung）或时钟脉冲频率。
[0013]由于根据本专利技术认识到通过减少铪含量来增加菱方相，有利地可能的是，尤其是不仅仅可以以薄层技术制造材料，而是可以以在5纳米直至大约4 cm之间的材料厚度制造材料。
[0014]作为特殊材料，有利地可以使用基于：PZT（锆钛酸铅）、PLZT（锆钛酸铅镧）、PSZT（锆钛酸铅锶）、PLSZT（锆钛酸铅镧锶）、BZT（锆钛酸钡）和/或BSZT（锆钛酸锶钡）的压电材料，其中通过减少铪含量可以增加菱方结构，由此改善压电特性。因此，如果制造在菱方相方向上被设定、即包含Zr52%/Ti48%或更多锆石的锆石/钛比例的PZT材料，则可以使该效应越来越明显得多。
[0015]例如，在具有包含约Zr53%/Ti47%或更多锆石的Zr/Ti比例的准无铪氧化锆（高纯度氧化锆，反应堆级）的PZT情况下，可以实现相临界范围，其中菱方相和四方相同时存在。这样的材料在几乎每个方面（介电常数、压电变形和损耗因数）都具有卓越的特性，所述特性可以明显好于可比的PZT材料。
[0016]其他有利的改进方案是其他从属权利要求的主题。
[0017]概括地说，因此可以理解的是，与利用包含2%或更多铪的氧化锆制造的相同材料相比，在利用包含少于2%或1.5%铪的氧化锆制造的每种材料情况下实现上述压电材料的压电特性100%或更多改善。优选地使用高纯度氧化锆，而且尽可能少的铪。通常，已经表明，基于例如PZT或BZT的铪减少的或无铪的压电材料将硬PZT的最好特性与软PZT的良好特性相组合，并且因此可以卓越地被用在用于能量转换的应用中。
具体实施方式
[0018]下面的示例示出一次（einmal）具有天然包含的铪含量与减少的铪含量相比的作为铁电体的商业上通用的压电材料之间的各自压电特性。
[0019]原则上适用的是，介电损耗越低，压电特性的其他值、例如相对介电常数和压电效应也越低。
[0020]根据示例1可以看出，与来自工业的具有天然铪含量（在这里为0.6%）的最好的可比的传统材料相比，具有减少的铪含量（在这里小于0.01%）的根据本申请的材料在相对介电常数方面和在压电效应方面具有明显更高的值。
[0021]示例1：介电常数和压电效应的改善。
[0022]示例2：介电损耗的改善
。
[0023]示例3：介电损耗的改善。
[0024]根据示例2和3表明，具有降低的铪含量（在这里小于0.01％）的根据本申请的材料在如相对介电常数和压电效应d33之类的压电特性的可比的值情况下得出明显更低的介电损耗。在此情况下，介电损耗减少例如至少50％或更多。
[0025]示例4：进一步改善的介电损耗。
[0026]根据示例4阐明，根据材料成分，同样可以获得0.1%的介电损耗，而且在如相对介电常数和压电效应之类的压电特性几乎不变的情况下可以获得，并且表明在相对介电常数和压电效应方面在仅轻微较小的值情况下损耗再次减半。
[0027]除了降低损耗因数之外，铁电体此外可以通过减少或者甚至去除铪而被转化到超导状态，以便在相应的应用情况下、诸如在电构件或电路情况下再次明显降低能量损耗。众所周知，材料的超导性与菱方相（rhomboedrischen Phase）的形成或存在相关联。在研究铝酸镧和钛酸锶之间的界面时已经识别到这种关联。因此，由铝酸镧和钛酸锶组成的这种材料在30开尔文以下转入菱方相，由此其电阻随着温度下降而持续地降低。在200毫开尔文以下，出现超导性。
[0028]根据本申请，铪的减少或去除因此促进在室温下菱方相的形成，由此能够实现高温超导。
[0029]例如在具有元素铅Pb、锶Sr、锆Zr、钛Ti、铁Fe、镧La、铝AL和镍Ni、具有处于0.01%
以下的铪含量的化合物QPM PZT中显示相应的超导性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铁电体，所述铁电体包括具有铪含量为2%、优选地为1%或更少的压电材料。2.根据权利要求1所述的铁电体，其中尤其是在介电常数ε为大于1000、优选地为1574并且压电效应d33为大于300、优选地为315或361的情况下，介电损耗因数为0.2%或更小。3.根据权利要求1或2中任一项所述的铁电体，所述铁电体由两相或多相材料组成，其中优选地增加菱方相。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铁电体，所述铁电体在电损耗不变的情况下实现相对介电常数和/或压电效应d33增加至少50％。5.根据权利要求1至3中任一项所述的铁电体，所述铁电体在相对介电常数不变的情况下实现电损耗减少至少50％。6.根据权利要求1至3中任一项所述的铁电体，所述铁电体在压电效应d33不变的情况下实现电损耗减少至...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：慕尼黑量子能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：