介绍

多层陶瓷电容器(MLCC) 已广泛应用于众多现代电子设备，如智能手机、个人电脑、数码相机等。如今，在石油和天然气工业、航空航天工业和汽车工业等许多工业领域，对能够在超过 200°C的高温下运行的 MLCC 的需求不断增长。例如，用于汽车应用的基于 SiC 的功率器件的开发温度最高可达 300°C，要求其外围组件（包括 MLCC）能够承受同样的恶劣环境。对于此类高温应用，用于 MLCC 的介电材料应具有高且温度稳定的介电常数、低介电损耗和高可恢复能量密度。BaTiO3 (BT) 基铁电体是传统 MLCC 中使用最广泛的介电材料，但不适合高温应用，因为 BT 在 130 °C 时具有低居里温度，并且其介电常数在较高温度下急剧下降。

为了寻找用于高温应用的替代介电材料，迄今为止，研究人员已经研究了许多材料系统。其中，弛豫铁电体由于其高介电常数和广泛的温度依赖性而引起了极大的兴趣。从历史上看，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 等基于 Pb 的弛豫剂在 1980 年代首次被广泛研究用于 MLCC，但 Pb 的毒性限制了它们在电子设备中的实际应用。在这十年中，含 Bi 的无铅弛豫剂已成为高温 MLCC 介电材料的中流砥柱。在许多含 Bi 弛豫剂的成分中，钛酸铋钠 (Bi1/2Na1/2)TiO3 (BNT) 基固溶体由于能够通过成分改性来调节其电性能而备受关注.例如，据报道，BNT–NaNbO3 固溶体在 -60–400°C 的宽温度范围内显示出高温稳定的介电常数。另一方面，由于其类反铁电极化响应，BNT-(Sr0.7Bi0.2)TiO3 系统可以获得巨大的可恢复储能密度。尽管迄今为止对基于 BNT 的固溶体弛豫进行了大量研究，但其介电常数普遍低于 2000，低于 Pb 基弛豫。因此，现在需要研究一种新的材料系统以实现更好的介电性能。

应用情况

本文中为了测量陶瓷样品的介电和铁电性能，将银导电膏涂在样品的抛光表面上，并在空气中在 600°C 下烧制 10 分钟。介电常数和介电损耗角正切 (tan δ) 的温度依赖性使用 LCR 计 (ZM2371, NF Corp.) 在室温至 400°C 的温度范围内测量。为了测量极化 (P) 与电场 (E) 曲线，将陶瓷样品切成尺寸约为 3 × 3 mm2 的小方形板，并通过 Au 溅射进行电极化。然后使用配备高压放大器的铁电测试系统（FCE10-B，TOYO Corp.）在高达 150 °C 的温度下施加频率为 0.5 Hz 的三角电压波测量 P-E 曲线 （HEOP-5B6，松田精密公司）。

图 7 显示了 BKST-x 陶瓷在室温下测量的 P-E 曲线。由于剩余极化 (Pr) 为 25 μC cm-2 的铁电极化切换，BKST-0.0 显示出明显的滞后。关于其对角线的不对称形状意味着样品仍然具有铁电性。随着 ST 含量的增加，滞后变薄，Pr 降低。 BKST-0.4 和 BKST-0.5 显示出纤细的非线性 P-E 曲线，这归因于它们的弛豫行为。该观察结果与小场介电特性的温度依赖性所暗示的 R 状态的稳定一致。在大电场下如此细的 P-E 曲线对于电容器应用很重要，因为滞后会导致运行期间的能量损失。

来源

作者：MinamiShiga ,Manabu Hagiwara,Shinobu Fujihara

机构：Department of AppliedChemistry, Faculty of Science and Technology, Keio University, 3-14-1 Hiyoshi,Kohoku-ku, Yokohama, 223-8522, Japan

发表时间：2020年4月15日；2020年8月17日修订稿；2020年9月21日

关键字：粉末：化学制剂，介电特性，电容器，无铅松弛剂

期刊：Ceramics International

文章来源网站：(Bi1/2K1/2)TiO3–SrTiO3solid-solution ceramics for high-temperature capacitor applications -ScienceDirect