中国电子科技集团公司第十二研究所微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
针对大功率折叠波导行波管 (TWT)对高导热衰减材料的迫切需求, 开展了硼掺杂金刚石膜制备和介电性能研究, 在此基础上研制出硼掺杂金刚石衰减器并探究衰减器性能的热稳定性。研究结果表明, 硼掺杂浓度为 1.81×1019 cm -3的金刚石膜, 在 W波段介电常数和损耗角正切平均值分别为 7.18和 0.30; 随着环境温度从室温升高至 90 ℃, 在 85~110 GHz范围内, 硼掺杂金刚石衰减器的 |S11 |由 19.67 dB提高至 20.94 dB, |S21 |由 44.03 dB提高至 45.63 dB, 呈现出较高的热稳定性。
硼掺杂金刚石膜 介电性能 衰减器 热稳定性 boron-doped diamond film dielectric property attenuator thermal stability 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1189
中国船舶集团有限公司第七一五研究所，杭州 310012
随着我国科技水平的飞速发展，激光惯性导航系统的精度要求越来越高。采用工业级原材料，通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料，讨论了不同含量Sr对PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电性能、压电性能的影响。结果表明：当Sr含量为1%(摩尔分数)、n(Zr)/n(Ti)=43/57(摩尔比)时，PSN-PNN-PZT组成位于准同型相界附近，压电陶瓷性能较优，获得了一种相对介电常数εT33/ε0、机电耦合系数kp、压电常数d33、介电损耗tan δ、居里温度Tc分别为4 090、0.664、686 pC/N、0.016 5及213 ℃的大应变压电陶瓷材料；基于该材料配方制备的24 mm×5 mm×0.4 mm压电陶瓷圆环，在100 V的驱动电压下产生的应变量能达到2.500 5 μm，较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%，能应用于高精度激光陀螺稳频器中，提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性。
压电陶瓷 大应变 介电性能 压电性能 居里温度 piezoelectric ceramics PSN-PNN-PZT PSN-PNN-PZT large strain dielectric property piezoelectric property Curie temperature
1 上海三思电子工程有限公司,上海 201199
2 华东理工大学材料科学与工程学院,上海 200237
作为重要微波介质材料之一,Al2O3陶瓷介电性能优良,在微波电路方面得到广泛应用。但Al2O3陶瓷的烧结温度较高,制备工序需消耗大量能源。低成本降低烧结温度对Al2O3陶瓷的进一步发展具有重要意义。本论文通过MnO2-CuO-TiO2掺杂实现了Al2O3陶瓷的低温烧结,并对其烧结行为和微波介电性能进行了研究。结果表明,MnO2、CuO、TiO2的质量分数分别为0.7%、0.5%、0.8%时,复合掺杂可以大幅降低Al2O3陶瓷的烧结温度,所获陶瓷具有良好的微波介电性能。在烧结温度为1 250 ℃时,Al2O3陶瓷的密度可达3.92 g/cm3,介电常数εr=10.02,品质因子与谐振频率的乘积Q×f值为51 239 GHz。Ti4+、Mn4+、Cu2+固溶导致Al2O3晶格扭曲活化,以及低共熔物形成是促进Al2O3陶瓷低温烧结的原因。
Al2O3陶瓷 低温烧结 微波介电性能 掺杂 Al2O3 ceramics MnO2-CuO-TiO2 MnO2-CuO-TiO2 low temperature sintering microwave dielectric property doping
与其它储能设备相比, 由介电复合材料制得的介质电容器在快速充放电能力与高功率密度方面极具优势, 如何提高介电复合材料能量密度与优化其击穿性能已成为当前研究热点之一。为进一步调控并兼顾介电常数与击穿性能, 本工作基于DBM(Dielectric Breakdown Model, 介电击穿模型), 采用有限元数值模拟, 研究了无机填料的分布对柔性聚二甲硅氧烷(PDMS)基介电复合材料体系的电场与发生介电击穿时击穿损伤形貌演变的具体影响。研究结果表明: 填料与基体边界处存在较大的介电差异, 可以使用较大介电常数的聚合物基体或较小介电常数的无机填料来减小其界面处的高电场区域, 继而提高复合材料的耐击穿能力；同时发现当无机填料分散更均匀时, 其树状损伤通道更容易产生分支, 此种情况将使介电击穿的树状损伤通道的损伤位点增多, 延缓其损伤速度, 继而提高复合材料的耐击穿性能。该研究结果将为开发高储能密度且具有优异击穿性能的有机-无机复合电介质材料提供坚实的理论依据。
介电性能 复合材料 电场分析 DBM模型 有限元法 dielectric property composite material electric field analysis DBM model finite element analysis
微波复合基板是一类由树脂和无机填料组成的应用于微波频段电路中起传输信号、电气连接、元件支撑等作用的功能性复合材料, 是航空航天、电子对抗、5G/6G通信等领域的基础、共性和关键材料。近20年来, 中国微波复合基板研制水平取得了长足的进步, 但距离世界先进水平还存在不小的差距; 民用基板市场日趋饱和, 高端基板产品仍大量依赖进口。随着毫米波通信时代的到来, 国产微波基板将迎来更大的发展机遇, 也必将迎来更激烈的竞争和更严峻的挑战。首先从微波复合基板的性能剖析出发, 系统阐述了各性能的影响因素及作用机制; 然后按照树脂基体分类, 讨论不同树脂基体的微波复合基板的特性; 在此基础上, 进一步梳理了微波复合基板领域近10年来国内外的研究进展; 最后展望国产微波复合基板的发展, 为提升其研制水平提供一些参考。
微波复合基板 毫米波 介电性能 热导率 界面 microwave composite substrate millimeter wave dielectric property thermal conductivity interface
四川大学 材料科学与工程学院, 四川 成都 610065
采用常规固相反应法合成了Pb1-xSrx(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.48Ti0.47O3+0.25%CeO2+0.50%Yb2O3+0.15%Fe2O3 (PMS-PZT, x=0, 0.02, 0.04, 0.06)的三元系硬性压电陶瓷。采用X线衍射仪、准静态压电常数测试仪和铁电测试仪系统地研究了Sr取代对PMS-PZT陶瓷的相结构及电学性能的影响。实验结果表明, 无Sr取代和有Sr取代的PMS-PZT压电陶瓷均具有单一的四方相晶体结构。当x=0.02时, PMS-PZT的性能最佳: d33=415 pC/N,Qm=522,TC=291 ℃,kp=0.64,εr=1 304,Pr=11.32 μC/cm2,Ec=9.05 kV/cm。
晶体结构 压电性能 介电性能 Sr取代 PMS-PZT PMS-PZT crystal structure piezoelectric property dielectric property Sr-substitution
1 太原学院机电与车辆工程系, 太原 030032
2 大连理工大学, 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室, 大连 116024
采用磁控溅射工艺, 在Pt/Ti底电极上沉积锆钛酸铅(PZT)薄膜, 研究了原位退火温度与底电极沉积温度对溅射PZT薄膜结晶取向、微观结构、介电性能、铁电性能及疲劳性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明, 随着电极沉积温度升高, Pt晶粒尺寸增大, 随着退火温度升高, PZT薄膜致密性变差。对室温制备的Pt/Ti底电极进行200 ℃原位退火30 min后, 易于促进PZT薄膜沿(100)择优取向, 而高温制备或经高温退火处理的Pt/Ti底电极更有利于PZT薄膜的(111)晶向生长。电学性能分析表明, 室温制备的Pt/Ti底电极在经200 ℃原位退火30 min后, 其PZT薄膜介电性能最优, 同时展现较高的剩余极化强度和最小的矫顽场强, 经历108次极化翻转后, 初始极化下降仅为11％。
Pt/Ti底电极 压电薄膜 原位退火 择优取向 介电性能 抗疲劳特性 Pt/Ti bottom electrode piezoelectric film in-situ annealing preferred orientation dielectric property fatigue characteristic
1 福建贝思科电子材料股份有限公司, 龙岩 366300
2 福州大学材料科学与工程学院, 福州 350108
由于在-55~150 ℃存在正交-四方和四方-立方相变, 相变对应的尖锐介电峰使BaTiO3陶瓷介电性能难以满足X8R温度稳定性要求。本文采用50 nm的纳米BaTiO3粉体和少量堇青石(MgO-Al2O3-SiO2, MAS)玻璃, 制备了满足X8R介电温度特性的BaTiO3基细晶陶瓷。结果表明, 随着MAS玻璃的加入, BaTiO3基陶瓷的室温晶体结构从四方相转变成赝立方相, 平均晶粒尺寸从纯BaTiO3陶瓷的1.904 μm显著降低到添加0.5%(质量分数)MAS玻璃的BaTiO3基陶瓷的183 nm。与此同时, BaTiO3基陶瓷虽然介电常数有所下降, 但是介电损耗和介电性能的温度稳定性大幅度改善。其中添加0.5%MAS玻璃的BaTiO3基细晶陶瓷介电性能为: 在1 kHz时室温介电常数为984, 介电损耗为0.006 5, 满足X8R温度特性要求。
介电性能 细晶 MAS玻璃 介电损耗 BaTiO3 BaTiO3 X8R X8R dielectric property fine grain MAS glass dielectric loss
采用传统固相反应法制备了xLi0.5Bi0.5MoO4(1-x)Li2Zn2(MoO4)3 ［xLBM(1-x)LZM］复合陶瓷，研究添加不同质量分数(x=25%，30%，35%，40%和45%)的LBM对LZM陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明：添加一定量的LBM不仅能将LZM的谐振频率温度系数(τf)调节近零，还能降低LZM的烧结致密化温度；LBM可与LZM共存，且不发生化学反应生成其他新相。随着LBM添加量增加，复合陶瓷的烧结致密化温度逐渐降低、体积密度先增大后减小、介电常数(εr)与τf逐渐增大而品质因数(Q×f)逐渐减小。当LBM添加量为40%时，LZMLBM复合陶瓷在600 ℃烧结2 h获得最大体积密度为4.41 g/cm3，以及优异的微波介电性能：εr为13.8，Q×f为28 581 GHz，τf为-4×10-6/℃。
Li0.5Bi0.5MoO4陶瓷 Li2Zn2(MoO4)3陶瓷 低温烧结 微波介电性能 Li0.5Bi0.5MoO4 ceramics Li2Zn2(MoO4)3 ceramics low temperature sintering microwave dielectric property
1 1. 景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院, 江西省先进陶瓷材料重点实验室, 景德镇 333001
2 2. 铜仁学院 材料与化学工程学院, 铜仁 554300
0.96NaNbO3-0.04CaZrO3(简称NNCZ)陶瓷在室温下展现出稳定的双电滞回线, 但是其储能密度、储能效率和击穿强度都比较低, 限制其成为储能材料。本工作通过掺杂Fe2O3, 利用Fe 3+离子变价的特点, 实现NNCZ储能性能的优化。采用传统固相法制备了(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xFe2O3(简称NNCZ-xFe)反铁电储能陶瓷, 并对样品的相结构、微观形貌、电学性能和储能性能进行了表征, 重点研究了Fe2O3掺杂量对NNCZ陶瓷介电和储能性能的影响规律。结果表明, 样品均具有单一的钙钛矿结构, 掺杂Fe2O3能明显降低NNCZ陶瓷的烧结温度, 晶粒平均尺寸随着掺杂量增大先减小后增大, 掺杂量x=0.02时, 晶粒平均尺寸最小(5.04 mm), 且具有较好的储能性能。室温下, NNCZ-0.02Fe击穿强度为230 kV/cm, 击穿前的有效储能密度和储能效率分别为1.57 J/cm 3和55.74%。在125 ℃和外加电场为180 kV/cm下, NNCZ-0.02Fe的储能密度为4.53 J/cm 3。掺杂Fe2O3使NNCZ陶瓷的烧成温度降低, 氧空位的迁移速率下降, 抑制晶粒的长大, 同时降低了介电损耗, 使得击穿强度增加; 适量氧空位钉扎使得反铁电相向铁电相相翻转变得困难, 避免出现哑铃状双电滞回线, 从而提高储能效率。本研究结果表明NNCZ-xFe在电介质储能领域具有潜在应用价值。
NaNbO3 反铁电 储能性能 介电性能 NaNbO3 antiferroelectric energy storage property dielectric property
