《晶界/界面調控降低巨介電材料CaCu3Ti4O12損耗的基礎研究》是依託電子科技大學,由慕春紅擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：晶界/界面調控降低巨介電材料CaCu3Ti4O12損耗的基礎研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：慕春紅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近期，隨著電子信息系統向著集成化和多功能化發展，兼有高介電常數和極低損耗的寬頻電子材料成為需求的熱點，如何降低巨介電材料CaCu3Ti4O12（CCTO）的損耗、拓寬它的套用頻域是目前國際上最基礎的科學問題。本課題首先建立納米晶界/界面調控等效介電理論模型，導出巨介電材料的復介電常數和損耗頻譜的理論公式，對材料巨介電常數、介電損耗進行模擬和分析，找到最佳材料配方、結構參數和工藝途徑；其次，提出納米晶材料晶界/界面調控降損耗的技術方法，通過化學法合成CCTO納米顆粒、納米纖維等納米單元，作為晶種母體植入微米基體介質粉體中構建高阻絕緣界面，降低材料的介電損耗並擴展頻段；最後，通過對材料微結構分析、晶界/界面控制、雙相組分調整、燒結工藝參數最佳化，成功製備出介電損耗低於0.01，頻段高於10 MHz的新型巨介電材料。
結題摘要
電子產品的集成化及元器件的小型化、片式化迅速發展，新型巨介電常數和高品質因數的介電材料成為國際研究的熱點和需求的牽引。鈦酸銅鈣（CaCu3Ti4O12）在很寬的頻率範圍內（＜1 MHz）具有很高的介電常數（1.2×104）、優異的介電回響溫度穩定性（100-400 K），以及寬禁帶n型半導體特徵等，這些優良的物理性能使CCTO有望在很多器件中得到套用。但仍存在一些技術瓶頸尚未突破，如相對高的介電損耗（tanδ≈0.1），相對窄的頻域範圍等。本項目主要研究內容：首先，建立納米晶界/界面調控等效介電理論模型，理論上分析材料的介電損耗機理，找到解決降低材料損耗的途徑和方法；其次，設計材料的晶界/界面結構，如納米晶種植入微米介質中，控制兩相晶界/界面分布，調製材料的介電性能等；最終，從實驗上製備出優異介電性能的CCTO基納米複合材料。項目順利進行取得了重要結果：形成的理論模型和技術方法解決了CCTO高介電損耗的技術難題。採用氧化石墨烯和CCTO納米晶誘導技術，獲得了具有超細晶粒的ZnO摻雜CCTO陶瓷，其高頻介電損耗有效降低至0.05以下，並保持介電常數大於5×104，具有良好的溫度穩定性（低於±15 ppm/℃，-55-125℃）。形成完備的低損耗高介電CCTO材料設計及合成方法，為CCTO在高密度能量存儲和高介電電容器等領域的套用奠定技術基礎和提供實驗依據，具有很好的科學意義。
