[发明专利]巨介电常数材料

说明书

技术领域

本发明涉及介电材料及其制造方法。

优先权

本申请要求澳大利亚临时专利申请第AU2011903822号的优先权，此临时专利申请的全部内容通过交叉引用的方式引入本文。

背景技术

在对开发高电能存储设备和电子设备微型化到微米和/或纳米级的需求的驱动下，越来越多的关注集中于具有良好热稳定性和低介电损耗的高或巨介电常数材料的开发。

迄今，几乎没有介电常数高于10⁴的材料系统。实例包括类BaTiO₃钙钛矿弛豫铁电体材料，如BaTi_0.9(Ni,W)_0.1O₃、Ba(Fe_0.5Ta_0.5)O₃、(Ba,Sr)TiO₃、Ba(Ti,Sn)O₃、CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)，以及类似化合物如CdCu₃Ti₄O₁₂、Bi_2/3Cu₃Ti₄O₁₂和La_0.5Na_0.5Cu₃Ti₄O₁₂，及Li(和/或K)和Ti(和/或V)共掺的NiO。在第一种类BaTiO₃钙钛矿系统中，巨介电常数(约10³-10⁴)起因于它们在室温附近具有位移型扩散转变的弛豫铁电体特征。然而，这种类型的材料的介电常数具有明显的温度和频率依赖性，并伴有相对大的介电损耗。第二种CCTO型材料家族的巨介电常数能够达到约10⁵。这些CCTO型材料具有相对较好的温度稳定性，这是因为弛豫铁电体和内阻挡层电容(IBLC)导致高电介质极化。然而，这种类型的材料的介电性质常常强烈依赖于工艺。例如，测得的介电常数能在几百到10⁵的范围内变化。掺杂的NiO和La_2-xSr_xNiO₄(x=1/3或1/8)系统是由IBLC或者所谓的核壳模型产生介电常数的系统。然而，这将再次导致相对广泛的温度范围内的相对高的介电损耗。

因此，需要与现有巨介电常数材料相比，呈现高介电常数但较好的温度稳定性和显著更少的介电损耗的材料。

目的

本发明的目的是实质上克服或至少改良上述一个或更多缺点。进一步的目的是至少部分满足上述需要。

概要

在本发明的第一方面，提供了具有式(A³⁺_{((4-5n)/3)-δ}B⁵⁺_n)_xTi_1-xO₂的材料。此材料可以具有金红石结构。其可以具有单相金红石结构。在此式中，A³⁺是三价正离子，B⁵⁺是五价正离子。x应当在0和1之间(不包括端点，即0<x<1)。其可使材料具有金红石结构。δ可以在0和0.025之间(包括端点)。n应当在0和0.8之间(不包括端点)，且可以为约0.5。

下述方面可以与第一方面联合使用，也可以单独或以任何适当的组合方式使用。

x可以在约0和约0.2之间(条件是其并非精确为0)。其可以在约0.0005和0.005之间。x可以使材料的介电常数大于约10,000，或在使材料的介电常数为约10,000和100,000之间，或在约10,000和1,000,000之间。例如x可以为0.0005。其可以为0.005。其可以使材料具有单相金红石结构。

材料的介电常数可以大于约10,000，或在约10,000和100,000之间或在约10,000和1,000,000之间。

材料可以在约20℃具有小于0.3的介电损耗。小于0.3的介电损耗可以适用于约20℃到约200℃的温度范围。所述介电损耗可以在约100Hz到约1MHz或约1kHz到约1MHz或约1kHz到100MHz的频率范围内维持小于0.3。