(Bi1/2K1/2)TiO3-SrTiO3 керамика на твердом растворе для высокотемпературных конденсаторов

представить (кого-л. на работу и т.д.)

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) используются в широком спектре современных электронных устройств, таких как смартфоны, персональные компьютеры, цифровые камеры и т.д. Сегодня во многих отраслях промышленности, таких как нефтегазовая, аэрокосмическая и автомобильная, растет спрос на MLCC, способные работать при температурах свыше 200°C. Например, силовые устройства на основе SiC для автомобильных приложений разрабатываются для температур до 300°C, что требует от их периферийных компонентов, включая MLCC, выдерживать такие же жесткие условия. Для таких высокотемпературных применений диэлектрические материалы для MLCC должны иметь высокие и температурно стабильные диэлектрические константы, низкие диэлектрические потери и высокую плотность восстанавливаемой энергии Ферриты на основе BaTiO3 (BT) являются наиболее широко используемыми диэлектрическими материалами в обычных MLCC, но не подходят для высокотемпературных применений из-за низкой температуры Кюри BT - 130 °C и его диэлектрической постоянной, которая резко снижается при более высоких температурах.

В поисках альтернативных диэлектрических материалов для высокотемпературных применений исследователи до сих пор изучали множество систем материалов. Среди них большой интерес вызывают релаксационные сегнетоэлектрики благодаря их высокой диэлектрической проницаемости и широкой температурной зависимости. Исторически сложилось так, что релаксоры на основе Pb, такие как Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, были впервые широко изучены для MLCCs в 1980-х годах, но токсичность Pb ограничила их практическое применение в электронных устройствах. В этом десятилетии бессвинцовые релаксанты на основе Bi стали основой высокотемпературных диэлектриков MLCC. Среди множества композиций, содержащих Bi-релаксанты, твердотельные растворы на основе титаната висмута-натрия (Bi1/2Na1/2)TiO3 (BNT) привлекли большое внимание благодаря возможности модулировать их электрические свойства путем композиционных модификаций. Например, сообщалось, что твердые растворы BNT-NaNbO3 демонстрируют высокотемпературные стабильные диэлектрические константы в широком диапазоне температур -60-400°C. Твердые растворы BNT-NaNbO3 демонстрируют высокотемпературные стабильные диэлектрические константы в широком диапазоне температур. С другой стороны, система BNT-(Sr0.7Bi0.2)TiO3 может достигать огромной плотности восстанавливаемой энергии благодаря антиферроикоподобному поляризационному отклику. Хотя релаксация твердых растворов на основе BNT к настоящему времени широко изучена, их диэлектрическая проницаемость обычно ниже 2000, что меньше, чем у релаксации на основе Pb. Поэтому необходимо исследовать новую материальную систему для достижения лучших диэлектрических свойств.

 

Приложения

В данной работе для измерения диэлектрических и ферроэлектрических свойств керамических образцов на полированную поверхность образцов наносилась серебряная проводящая паста и обжигалась на воздухе при температуре 600°C в течение 10 минут. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь (tan δ) измерялись с помощью LCR-метра (ZM2371, NF Corp.) в диапазоне температур от комнатной до 400°C. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости и тангенс угла диэлектрических потерь (tan δ) измерялись с помощью LCR-метра (ZM2371, NF Corp.) в диапазоне температур от комнатной до 400°C. Для измерения кривых зависимости поляризации (P) от электрического поля (E) керамические образцы были разрезаны на небольшие квадратные пластины площадью примерно 3 × 3 мм2 и электроосаждены методом напыления Au. Затем кривые P-E измерялись путем приложения треугольной волны напряжения с частотой 0,5 Гц при температурах до 150 °C с помощью ферроэлектрической испытательной системы, оснащенной высоковольтным усилителем (FCE10-B, TOYO Corp.) (HEOP-5B6, Matsuda Precision Corp.).

На рисунке 7 показана кривая P-E керамики BKST-x, измеренная при комнатной температуре. BKST-0.0 демонстрирует значительный гистерезис, обусловленный переключением ферроэлектрической поляризации с остаточной поляризацией (Pr) 25 мкСм-2 . Асимметричная форма относительно диагонали говорит о том, что образец все еще является ферроэлектриком. При увеличении содержания ST гистерезис истончается, а Pr уменьшается. BKST-0.4 и BKST-0.5 демонстрируют тонкие нелинейные кривые P-E, которые объясняются их релаксационным поведением. Это наблюдение согласуется со стабилизацией состояния R, что следует из температурной зависимости диэлектрических свойств в малом поле. Такие тонкие кривые P-E при больших полях важны для применения в конденсаторах, поскольку гистерезис может привести к потере энергии во время работы.

 

источник (информации и т.д.)

Автор: Минами Сига,Манабу Хагивара,Шинобу Фудзихара

Учреждение: отделение прикладной химии, факультет науки и технологии, Университет Кейо, 3-14-1 Хиёси, Кохоку-ку, Йокогама, 223-8522, Япония

Опубликовано: 15 апреля 2020 г.; пересмотрено 17 августа 2020 г.; 21 сентября 2020 г.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: порошки: химические агенты, диэлектрические свойства, конденсаторы, бессвинцовые релаксанты

Журнал: Ceramics International

Веб-сайт источника статьи: (Bi1/2K1/2)TiO3-SrTiO3 - керамика из твердого раствора для высокотемпературных конденсаторов - ScienceDirect

Сопутствующие товары