[发明专利]CaCu3Ti4O12晶体生长原料的合成方法及制备CaCu3Ti4O12晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体生长领域，特别是一种采用熔盐法生长 CaCu₃Ti₄O₁₂晶体的方法。

背景技术

2000年，研究者首次报道出了一种具有巨介电常数的CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷材料，具有高达10⁴的相对介电常数(Journal of Solid State Chemistry, 2000,151:323)，并且在100～600K之间相对介电常数值基本不随温度而变化。而CaCu₃Ti₄O₁₂单晶样品的相对介电常数甚至可达10⁵或是更高，所以10余年来成为人们研究的热点之一，CaCu₃Ti₄O₁₂的巨介电常数及其高的热稳定性使得该材料有望在高密度信息存储、高介电容器、高储能密度材料等领域形成广泛的应用。

目前研究报道出来的CaCu₃Ti₄O₁₂晶体生长技术很少，如区熔法 (Science,2001,293(27):673)和自发成核法(Journal of Crystal Growth, 2014,408:60)，且均不成熟，生长出来的晶体尺寸很小、包裹物较多，限制了CaCu₃Ti₄O₁₂晶体在器件上的应用。CaCu₃Ti₄O₁₂晶体存在非一致共熔、原料中CuO易挥发和分解导致原料偏离配比等因素，给晶体生长带来很大难度。由于CaCu₃Ti₄O₁₂晶体为非一致共熔，采取区熔法生长CaCu₃Ti₄O₁₂晶体会导致原料熔化以后偏离配比，导致晶体纯度不高，而且用区熔法生长出的晶体尺寸较小；自发成核法生长的CaCu₃Ti₄O₁₂晶体，由于成核点较多，各小晶粒在生长过程中是竞争关系，导致晶体粒径不大并且在晶体生长过程中有吸留、包夹等现象，导致晶体有大量包裹体。两种方法生长的晶体在晶体尺寸和纯度等方面均影响 CaCu₃Ti₄O₁₂晶体在器件上的使用。

发明内容

本发明提供了一种CaCu₃Ti₄O₁₂晶体原料的合成方法及制备 CaCu₃Ti₄O₁₂晶体的方法，解决了现有的区熔法和自发成核法生长的 CaCu₃Ti₄O₁₂晶体存在的晶体尺寸小、包裹物较多的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种CaCu₃Ti₄O₁₂晶体生长原料的合成方法，其特点在于，包括以下步骤：

(1).以纯度皆为99.9％的CaCO₃、CuO和TiO₂为初始原料，按照 Ca²⁺:Cu²⁺:Ti⁴⁺的摩尔比1:(57～61):(19～21)称取原料；

(2).将所述的原料充分混合均匀，压制成块，接着进行块料烧结，烧结过程在930～960℃下恒温烧结8～12h。

一种利用所述的CaCu₃Ti₄O₁₂晶体生长原料制备CaCu₃Ti₄O₁₂晶体的方法，包括以下步骤：

(1).将权利要求1得到的CaCu₃Ti₄O₁₂晶体生长原料放入晶体生长炉中，升温至1180～1200℃熔化，恒温10～24h，搅拌溶液24h，取出搅拌桨，再恒温10～24h，然后冷却到饱和温度以上5～15℃，得到混合均匀的熔体；