中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
冷烧结(CSP)工艺是近年来新兴的一种高效、节能的材料方法。本工作采用CSP工艺，制备出致密度不低于97%的(1-x)BNT-xNN电介质陶瓷。研究了CSP工艺和NaNbO3含量对(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的密度、相结构、显微形貌和介电性能的影响。结果表明：CSP工艺由于烧结温度低、保温时间短，可以显著降低晶粒尺寸，有效抑制Bi、Na等元素挥发，从而提高介电常数，降低介电损耗。随着NaNbO3含量的增加，(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的剩余极化强度显著降低，并且介电常数的温度稳定性显著提升。当x=0.3时，0.7BNT-0.3NN陶瓷样品在25 ℃至400 ℃宽温范围内介电常数的变化率小于±6%，介电损耗小于5%，这表明CSP技术制备的(1-x)BNT-xNN陶瓷有望应用于温度稳定性陶瓷电容器。
冷烧结 介电常数 介电损耗 钛酸铋钠 高效节能 cold sintering dielectric constant dielectric loss bismuth sodium titanate efficient and energy saving
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
AB(O,N)3型钙钛矿氮氧化物是一类新型功能陶瓷材料, 具有独特的介电/磁/光催化等性能, 在能源存储与转化领域应用前景广阔, 但传统制备工艺耗时长且产物纯度较低。本研究以尿素为氮源、金属氧化物为前驱体, 采用无压放电等离子烧结设备一步合成了钙钛矿氮氧化物SrTa(O,N)3陶瓷粉体, 并实现了快速致密化。深入研究了升温速率和合成温度对粉体组成与微观形貌的影响, 并对优化后制备的陶瓷块体进行了介电性能表征。结果表明, 较高的升温速率和适中的合成温度有利于氮化反应的充分进行, 在100 ℃/min和1000 ℃下制得的SrTa(O,N)3粉体纯度最高, 氧氮化物相含量约97%, 粒径分布区间为100~300 nm, Sr、Ta、O、N 四种元素分布均匀。较优的致密化工艺为烧结温度1300 ℃、升温速率300 ℃/min、保温时间1 min, 经烧结制得的SrTa(O,N)3陶瓷试片致密度可达94%以上, 且纯度很高, 该材料在300 Hz时的介电常数高达8349, 介电损耗为10-4量级, 优于文献报道值。本研究制备的SrTa(O,N)3陶瓷的高介电常数与致密度和纯度的调控密不可分, 这是因为气孔和杂质会降低材料介电常数, 高致密度和高纯度是SrTa(O,N)3氧氮化物陶瓷获得优异介电性能的关键。
钙钛矿 氧氮化物 尿素 放电等离子烧结 介电常数 perovskite oxynitride urea spark plasma sintering dielectric constant 光子学报
2023, 52(10): 1052412
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, P. R. China
High entropy oxides (HEO) are single-phase solid solutions which are formed by the incorporation of five or more elements into a cationic sublattice in equal or near-equal atomic proportions. Its unique structural features and the possibility of targeted access to certain functions have attracted great interest from researchers. In this review, we summarize the recent advances in the electronic field of high-entropy oxides. We emphasize the following three fundamental aspects of high-entropy oxides: (1) The conductivity mechanism of metal oxides; (2) the factors affecting the formation of single-phase oxides; and (3) the electrical properties and applications of high-entropy oxides. The purpose of this review is to provide new directions for designing and tailoring the functional properties of relevant electronic materials via a comprehensive overview of the literature on the field of high-entropy oxide electrical properties.
High entropy dielectrics conductive mechanisms electrical properties dielectric constant Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(5): 2350014
1 北方民族大学材料科学与工程学院, 银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心, 银川 750021
3 南昌航空大学航空制造工程学院, 南昌 330000
采用冰模板法构筑具有层状结构的Al2O3三维网络骨架, 并通过真空浸渍工艺制备出Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al2O3三维网络骨架微观结构的影响, 分析了片层间距对Al2O3/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明: 楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al2O3三维网络骨架的层状有序性最佳, 固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小; Al2O3/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大, 但体积电阻率呈降低趋势; 当片层间距为45 μm时, 热导率达到0.52 W/(m·K), 体积电阻率为1012 Ω·cm。
Al2O3三维网络骨架 Al2O3/EP复合材料 冰模板法 热导率 介电常数 体积电阻率 Al2O3 3D network skeleton Al2O3/EP composite ice template method thermal conductivity dielectric constant volume resistivity
北京石油化工学院新材料与化工学院，北京 102617
研究双轴应变对单层CdZnTe半导体材料电子特性与光学性能的影响，可为制备光学性能优异的CdZnTe器件提供理论支持。本文采用Material Studio 软件构建单层CdZnTe模型，并在其(100)和(010)方向上施加应变。基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算了单层双轴应变对单层CdZnTe带隙、载流子有效质量、迁移率和介电常数等性能的影响。结果表明，拉伸和压缩应变均能减小单层CdZnTe的带隙，且双轴应变可有效调控单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率和介电常数。与拉伸应变相比，相同大小的压缩应变对单层CdZnTe性能的调控更加明显。随施加双轴压缩应变的增大，单层CdZnTe的带隙值逐渐减小，CdZnTe半导体吸收光的波长范围得到提高，单层CdZnTe的载流子有效质量、迁移率总体呈下降趋势，介电常数实部逐渐下降，虚部逐渐上升，意味着单层CdZnTe的金属性增强，光学性能提高。
第一性原理 带隙 双轴应变 载流子有效质量 介电常数 CdZnTe CdZnTe first-principle band gap biaxial strain effective mass of carrier dielectric constant
薄膜电容器是现代电力装置与电子设备的核心电子元件, 受限于薄膜介质材料的介电常数偏低, 当前薄膜电容器难以获得高储能密度(指有效储能密度, 即可释放电能密度), 从而导致薄膜电容器体积偏大, 应用成本过高。将具有高击穿场强的聚合物与高介电常数的纳米陶瓷颗粒复合, 制备聚合物/陶瓷复合电介质, 是实现薄膜电容器高储能密度的有效策略。对于单层结构的0-3型聚合物/陶瓷复合电介质, 其介电常数与击穿场强难以同时获得有效提升, 限制了储能密度的进一步提高。为了解决此矛盾, 研究者们叠加组合高介电常数的复合膜与高击穿场强的复合膜, 制备了2-2型多层复合电介质, 能够协同调控极化强度与击穿场强来获取高储能密度。研究表明, 调控多层复合电介质的介观结构与微观结构, 可以实现优化电场分布、协同调控介电常数与击穿场强等目标。本文综述了近年来包括陶瓷/聚合物和全有机聚合物在内的多层聚合物基复合电介质的研究进展，重点阐述了多层结构调控策略对储能性能的提升作用，总结了聚合物基多层复合电介质的储能性能增强机制, 并讨论了当前多层复合电介质面临的挑战和发展方向。
薄膜电容器 多层聚合物基复合电介质 介电常数 击穿场强 储能密度 综述 film capacitor multilayer polymer-based composite dielectric dielectric constant breakdown strength energy storage density review
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，江苏 南京 210023
3 南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
液晶材料在微波频段具有良好的调制特性，在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求，提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构，在sub-6 GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场，能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合，能够得到对应的液晶的介电常数大小，从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小，谐振频点f1和f2都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5 mm时，谐振频点f1和f2随介电常数的变化具有良好的线性度，且具有高灵敏度（>400 MHz/Δε），远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时，本传感器结构可以在液晶层上下施加电场，从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量，在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。
液晶 微波介电常数 传感器 人工局域表面等离激元 liquid crystals microwave dielectric constant sensor spoof localized surface plasmon
浙江大学材料科学与工程学院电介质材料研究室, 杭州 310027
低介电常数(εr)微波介质陶瓷是未来毫米波移动通讯技术中的关键材料之一, 其基本性能参数εr、Qf值及谐振频率温度系数(τf)的精确评价乃是相关研究中最基础的课题之一。TE011模式平行板法及金属谐振腔法为评价微波介电性能的通用方法, 但在使用时却存在一些被长期忽视的问题, 其对低εr微波介质陶瓷的研究及应用尤为重要。本综述将探讨评价低εr微波介质陶瓷性能时在TE011谐振模式的准确识别、Qf值的测试可靠性及τf的测试可靠性等方面存在的若干关键问题, 并给出相应的解决方案。
低介电常数 微波介电性能评价 平行板法 谐振腔法 测试可靠性 low dielectric constant microwave dielectric characterization parallel plate method resonant cavity method measurement reliability
1 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241002
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
陶瓷材料作为在微波系统开发中的重要材料, 通常被加工成多种形状, 例如以厘米级别为尺寸的圆柱形和立方体。因此, 对此类样品进行介电常数的测量是一项具有挑战性的工作。针对该难点, 研制了1种基于互补开口环谐振器的双波段介电传感器, 并提出了一种表征不同形状和尺寸样品的介电测量方法。该传感器有2个工作频段, 2个频段均为无线通信频带。在每个频段范围内, 进行了数值模拟并建立了每个样本的拟合模型, 对传感器进行加工并实际测量以验证数值模型和测量精度, 对比参考值, 测量精度高达3.5%。结果表明: 提出的传感器及测量方法能够针对不同形状和尺寸的合成陶瓷进行精确的介电测量, 表明该传感器具有良好的样品自适应性。该传感器的新颖之处在于它能够在不改变传感器和被测物结构的情况下测量厘米级别的各种样品的介电常数。此外, 双频测量也是该传感器的优势, 2个频段之间的差异小于5%。
微波陶瓷 介电常数 双频带 谐振频率 互补开口环谐振器 microwave ceramics dielectric constant dual band resonate frequency complementary split ring resonator
