[发明专利]BTO晶相原位隔离NZFO晶粒的高渗流阈值复相陶瓷及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高介高磁复相陶瓷及制备方法，尤其是涉及一种BTO晶相原位隔离NZFO晶粒的高渗流阈值复相陶瓷及制备方法。

背景技术

多功能材料在现代电子器件中扮演着重要的角色，特别是在多功能化及电子小型化领域有着重要的意义，而多铁材料则是其中最受关注的一员，因而引起了材料科学家的强烈兴趣。铁电/铁磁复合材料是一种新型的多功能电子材料，它可对外同时呈现铁电性和铁磁性，在某些情况下，由于两相之间的耦合作用，还可产生磁电效应和逆磁电效应，从而可应用于滤波器、电路测量、磁探测、磁场感应器、磁电转换器件等诸多领域。

在众多的磁电复合材料中，有一类材料可表现出渗流效应，譬如当复相材料中两相的导电特性相差比较悬殊时，就可通过其电导率和介电常数表现出渗流效应，也即在渗流阈值附近直观地表现出有效输运性能的临界行为。所以，当复相材料由导电性较好和较差的两相（即绝缘相/导电相）组成时，它的介电常数和电导率就会在渗流阈值附近随导电相含量逐渐趋近于渗流阈值而急剧增大若干个数量级，表现出巨介电常数现象。这种表观现象在许多材料中都被观测到。从材料在电子器件中应用的角度出发，对于多功能电子材料，如既具有高介电常数又具有高磁导率的BTO/NZFO复相陶瓷，利用NZFO具有相对较好导电性的特点，显然一方面可以通过渗流效应在渗流阈值附近获得巨介电常数。但另一方面，根据渗流理论，三维复合材料的理论渗流阈值大概只有0.16，也即这时的NZFO相含量只占两相中的16%，受复合定律控制，这时复相材料表现出的磁导率极低，无法适用于需要较高磁导率的场合。因而，为获得既具有高介电常数又具有高磁导率的复合材料，就需要尽量提高材料的渗流阈值，使得复相材料在产生高介电常数的同时又具有高磁导率，这有利于材料的应用。实验研究指出，真实三维复合材料的渗流阈值可人为进行调控，影响渗流阈值的主要因素是材料的制备方法。已有文献报道，用溶胶-凝胶法制备的渗流型钛酸铅（PTO）/镍铁氧体（NFO）复相陶瓷，成功通过其两相本身结晶特性的不同，可使其在结晶过程中自发形成包裹结构，这种包裹结构使PTO/NFO复相陶瓷的渗流阈值达到90%，同时获得了巨大的介电常数和很高的磁导率。然而，PTO/NFO复相陶瓷存在两个缺点：一是该体系中含有对人体和环境不友好的铅，这不利于其广泛使用；二是纯NFO的磁导率本身就比较低，这样即使提高渗流阈值，但对于要求较高磁导率的应用也无法适应，这无法在更广泛的领域中的应用。为此，需要开发其他电磁性能更加优异的高渗流阈值铁电/铁磁复相陶瓷体系，但问题是并非所有复合材料的结晶过程都能够通过晶粒生长的相互匹配而自发形成包裹结构，所以有必要探索一种更加普适的制备方法来制备既具有高介电常数又具有高磁导率的铁电/铁磁复合材料。

BTO/NZFO复相陶瓷是一种可表现出渗流行为的铁电/铁磁复相陶瓷，研究表明其渗流阈值处的显微拓扑结构演变对介电常数、电导率、磁导率、矫顽力等结构敏感的物理参量存在很大影响。根据如上所述的原理，我们希望该体系的渗流阈值越高越好，这样BTO/NZFO就可同时表现出巨介电常数和高磁导率。但是，用传统烧结方法制备得到的BTO/NZFO复相陶瓷，其渗流阈值大概在0.55~0.65左右，原因就在于它无法通过BTO相和NZFO相晶粒生长的相互匹配而自发形成包裹结构，限制了其渗流阈值的提高。倘若能够设计一种新的方法，人工地控制其形成包裹结构，则有望产生两个效果：一是高的渗流阈值使NZFO相的含量高达90%以上，这有利于复合材料在渗流阈值处同时获得巨大的介电常数和很高的磁导率；二是BTO晶相的绝缘性远远优于NZFO晶相，如果BTO晶相将NZFO相晶粒完全隔离开来，复合材料中形成的导电通道就会被切断，这样一来，直流电导所贡献的介电损耗就会大大降低，从而使体系表现出较低的介电损耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种BTO晶相原位隔离NZFO晶粒的高渗流阈值复相陶瓷及制备方法，原位制备BTO晶相完全包裹NZFO晶粒，具有高渗流阈值、高电磁性能的铁电/铁磁复相陶瓷的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

一、一种BTO晶相原位隔离NZFO晶粒的高渗流阈值复相陶瓷