1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
SiO2-BaO基微晶玻璃以其膨胀系数高、耐高性能优异而成为耐高密封领域研究的热点, 但稀土氧化物对该类封接玻璃改性的影响研究尚不多见。本工作研究不同高阳离子场强(Cation field strength, CFS)的稀土氧化物取代传统碱土氧化物BaO对新型富稀土—SiO2-BaO-Ln2O3(SBLn, Ln=La、Sm、Er、Yb)系列玻璃的网络结构、结晶行为、微观结构和高温性能的影响。随着稀土阳离子场强由2.82(La3+)增大到3.98(Yb3+), SBLn玻璃的玻璃转变温度(Tg)、析晶起始温度(Tx)、析晶峰值温度(Tp)均逐渐增加, 说明高稀土阳离子场强有利于提高SBLn玻璃的热稳定性。四类富稀土SBLn玻璃的结晶相均由BaSiO3和BaSi2O5相组成, 随稀土阳离子场强增大, BaSiO3相减少、BaSi2O5相增多, 稀土元素只存在于玻璃相中, 不参与晶相析出。随着稀土阳离子场强增加, SBLn微晶玻璃的热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion, CTE)由12.52×10-6/℃增大到13.13×10-6/℃(30~800 ℃), 但析晶量下降导致软化温度从1313.5 ℃降至1174.1 ℃。总之, 富稀微晶玻璃材料高热膨胀系数大于12×10-6/℃、软化温度均高于1150 ℃, 且在700 ℃高温下的直流电阻率大于106 Ω·cm, 说明富稀土微晶玻璃密封材料具有在固体氧化物燃料电池、氧传感器、铂薄膜热敏电阻器等高温场景下的应用前景。
耐高温密封材料 富稀土微晶玻璃 阳离子场强 高温电阻率 high-temperature resistant sealant rich rare-earth glass-ceramics cation field strength high temperature resistivity
1 宁波大学，浙江 宁波 315211
2 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201800
通过流延法制备了一种新型的Al2O3/BaO-CaO-B2O3-Al2O3-SiO2微晶玻璃(BCBAS)系复合密封材料，其具有突出的机械性能和较高的导热性能。结果表明，片状Al2O3可有规律定向分布在BCBAS玻璃基体中。随着片状Al2O3质量分数从0增加到25%，BCBAS玻璃的主要结晶相从Ca0.1Ba0.9SiO3转变为Ba1.55Ca0.45SiO4和BaAl2Si2O8，并进一步转变为BaAl2Si2O8和BaAl2O4相。同时复合密封材料的导热系数从0.892 W/(m·K)增加到1.255 W/(m·K)，弯曲强度和Vickers硬度分别从96 MPa增加到140 MPa，444 HV增加到677 HV。当片状Al2O3的质量分数不大于20%时，密封材料与连接件之间的抗拉强度保持在4 MPa以上。20% Al2O3~80% BCBAS微晶玻璃的复合密封材料表现出优异的综合性能：导热系数为1.203 W/(m·K)、弯曲强度为136 MPa、Vickers硬度为677 HV、密封件的抗拉强度为4.22 MPa，在抗热震性能上体现出较大的优势，使其成为中温固体氧化物燃料电池密封应用的潜在候选材料。
固体氧化物燃料电池 复合密封材料 微晶玻璃 片状三氧化二铝 solid oxide fuel cell composite sealing materials glass-ceramic lamellar aluminium oxide
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
中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 201899
微波复合基板兼具树脂基体的高韧性和陶瓷填料优异的介电和热学性能, 是航空航天、电子对抗、5G通讯等领域的关键材料。本工作采用螺杆造粒与注塑成型相结合的新技术制备了聚苯醚(简写为PPO)为基体、钙镧钛(Ca0.7La0.2TiO3, 简写为CLT)陶瓷为填料的新型微波复合基板, 并对基板的显微结构、微波介电性能、热学性能和力学性能进行表征。结果表明, 采用这种新技术制备的微波复合基板组成均匀且结构致密。随着CLT陶瓷的体积分数从0增大至50%, 基板的介电常数从2.65提高到12.81, 介电损耗从3.5×10 -3降低至2.0×10 -3 (@10GHz); 同时热膨胀系数从7.64×10 -5 ℃ -1显著降低至1.49×10 -5 ℃ -1, 热导率从0.19 W·m -1·K -1提高至0.55 W·m -1·K -1; 此外抗弯强度从97.9 MPa提高至128.7 MPa。填充体积分数40%CLT陶瓷的复合基板综合性能优异: εr=10.27, tanδ=2.0×10 -3(@10GHz), α=2.91×10 -5 ℃ -1, λ=0.47 W·m -1·K -1, σs=128.7 MPa, 在航空航天、电子对抗、5G通讯等领域具有良好的应用前景。
注塑成型 微波复合基板 介电性能 聚苯醚 injection molding microwave composite substrate dielectric properties polyphenylene oxide
1 重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054
2 中科院上海硅酸盐研究所，无机功能材料与器件重点实验室，上海 201800
近年来，随着柔性电子的快速发展，制造柔性、微型、大面积和低成本的储能器件得到了极大的关注。以六水硝酸镍/钴为原料、硫脲为硫化剂、引入热解g-C3N4，通过一步溶剂热制备NiCo2S4/g-C3N4纳米复合材料。采用掩膜版将调配的NiCo2S4/g-C3N4油墨印刷在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯基底形成叉指结构电极，继而涂覆凝胶电解质组装成柔性叉指型超级电容器。结构和电化学性能研究表明：NiCo2S4纳米晶分布生长在g-C3N4纳米片层表面，引入的g-C3N4起到增强NiCo2S4充放电过程中的电荷传输及容纳其体积膨胀的作用，复合材料电极在10 mA/cm2的电流密度下面积比电容为9.1 F/cm2。组装的叉指电容器可在-0.2~0.6 V的电压下工作，并且在高至500 mV/s的扫描速率下保持稳定，表明器件良好的倍率性能。在20 mV/s的扫描速率下，器件的面积比电容可达5.7 mF/cm2，当功率密度为17.5 mW/cm3时，器件的能量密度为0.56 mW?偸h/cm3。
双金属硫化物 叉指超级电容 掩膜印刷 电化学性能 bimetallic sulfide interdigital supercapacitor mask printing electrochemical performance
1 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 100191
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所 信息功能材料与器件研究中心, 上海 201899
针对高功率器件、高密度封装等微波通信领域对高性能微波复合基板的迫切需求, 该文提出了一种将双螺杆造粒和热压成型结合的新技术, 制备了以高抗冲聚苯乙烯(HIPS)为基体、六方氮化硼(h-BN)陶瓷为填料的高导热微波复合基板, 并对基板的显微结构、热学性能和介电性能进行了全面表征。结果表明, 采用大粒径(25 μm)的h-BN(h-BN25)比小粒径(5 μm)的h-BN(h-BN5)填充后更有利于提高复合基板的热导率(λ), 降低其介电损耗(tan δ)。随着h-BN25质量分数(w(h-BN25))从0增加至70%, HIPS/h-BN25微波复合基板的λ从0.13 W·m-1·K-1提高到7.43 W·m-1·K-1(面内)和2.55 W·m-1·K-1(面间), 分别是纯HIPS的57倍和20倍, 表明采用以上制备技术能实现h-BN在HIPS基体中的定向排列, 构建有效的面内导热网络。同时复合基板的tan δ由7.3×10-4降低至5.3×10-4(10 GHz下), 热膨胀系数α从93.8×10-6/K降至18.7×10-6/K。填充w(h-BN25)=70%的HIPS/ h-BN25微波复合基板综合性能优异, 10 GHz时, 其介电常数εr=3.9, tan δ=5.3×10-4, λ=7.43 W·m-1·K-1, α=18.7×10-6/K, 在微波通信领域具有良好的应用前景。
聚苯乙烯 六方氮化硼 热导率 介电性能 热压成型 polystyrene hexagonal boron nitride thermal conductivity dielectric property hot pressing molding
1 中国计量大学 材料与化学学院, 浙江 杭州 310018
2 中国计量大学 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
3 中国科学院上海硅酸盐研究所 无机功能材料与器件重点实验室, 上海 201899
4 中国科学院高能物理研究所 核探测与核电子学国家重点实验室, 北京 100049
通过传统的高温熔融淬火技术制备了Sn2+-Mn2+共掺杂的Gd2O3-Al2O3-SiO2(GAS∶0.5Sn2+,yMn2+)玻璃。研究了玻璃的光致发光特性和Sn2+-Mn2+能量传递过程。在365 nm激发下, 随着Mn2+浓度的增加(1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,3.0%,3.5%,4.0%), 玻璃中Sn2+的发光强度逐渐降低, 而Mn2+的发光强度逐渐增大。Sn2+的衰减时间随着Mn2+含量的增加而减小, 玻璃中产生了Sn2+到Mn2+离子的能量传递。GAS∶0.5Sn2+,yMn2+玻璃的光致发光量子产率(PLQY)随着Mn2+含量的增加而减小, 其最大值为25.48%。玻璃中Mn2+离子浓度达到4.0%时, 其发光属于准白光发射, 色坐标为(0.323,0.273)。另外, 本文还研究了Sn2+-Mn2+共掺杂玻璃的发光热猝灭现象, Sn2+发光中心电子跃迁所需克服的热激活能约为0.23 eV。
铝硅酸盐玻璃 Sn2+-Mn2+共掺 能量传递 白光发射 aluminum-silicate glass Sn2+-Mn2+ co-doped energy transfer white light emission
