[发明专利]一种可用于生物医学研究和临床应用的陶瓷电极材料及元件

说明书

本发明涉及一种具有高介电常数和低损耗的铁电陶瓷材料及由该陶瓷制备的介电元件，该铁电陶瓷材料化学成分符合化学通式(1‑x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃‑xPb_1‑yLi_0.5yNa_0.5yTi_1‑yNb_yO₃,其中，0.072≤x≤0.120,0≤y≤0.06,x、y为摩尔数。本发明通过选择合适的复合掺杂改性离子、利用传统电子陶瓷制备工艺制备铁电陶瓷材料。相应的，本发明还提供了一种采用该制备方法制备的铁电陶瓷材料,该陶瓷材料具有高介电常数和低损耗的特点,适合制作导通交流电的电容电极。在施加交流电场进行的生物医学研究和临床应用中，该材料具有良好的前景。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料技术领域，具体地说，涉及一种电容用介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

生物医学研究表明，由于细胞内具有带电离子，在交流电场的作用下，如果选择合适的电场频率，该电场可以选择性的促使部分细胞旋转[The Journal of MembraneBiology,vol.67,pp13-26,1982]。这是由于，在外电场的作用下,带电离子会进行局部的短程迁移,在细胞内产生电场诱导的电偶极子,该电偶极子在外场作用下可以旋转,连带细胞一同旋转。

单个电偶极子的电矩方向为从负电荷指向正电荷,当外加电场方向垂直于电偶极子的电矩方向时，电场可以最有效诱导电偶极子旋转。图1中沿着x-x方向的电场可以更有效诱导图中的偶极子旋转。反之，由于沿着y-y方向的电场平行于电偶极子方向,该电场可以改变偶极子的长度，但对于电偶极子的旋转没有贡献。

图2示意一个载体内取向不同的电偶极子。为了增加对于不同取向电偶极子的旋转效果，至少应该加双向垂直的两对电极(沿着图2中x方向，和沿着y方向)，并利用间歇式加载方式对两对电极依次供电,诱导最大量的电偶极子旋转。

在具体到生物医学与临床应用中，如果直接利用金属电极施加电场到人体，在传导电流的作用下，人体细胞内的带电矿物离子会出现迁移,导致细胞内离子浓度的变化,这对于人体是有害的[PNAS,vol.104,pp10152-10157,2007]。另外由于高传导电流会直接与人体的生命安全有关，利用金属电极施加电场进行医学研究及治疗，电压不可过高,施加电压受限。

根据物理学原理，纯电容对于传导电流是绝缘的，对交流电场是导通的，所以在临床施加交流电压的实验中，如果利用绝缘的陶瓷电容作为电极施加交流电压，就可以避免人体内出现传导电流，从而避免传导电流对细胞的副作用。此外，一般治疗情况下通过电容电极施加在人体的电场是局部区域的，只有局部区域受到电场作用。由于电容的绝缘性质，没有传导电流通过加电场的人体区域。相对于金属导体电极，绝缘电容电极具有更高的安全性。

已经有生物医学实验证明，在特定交流频率下，通过绝缘电容电极施加交变电压可以有效抑制特定异常细胞的生长[Cancer Research,vol.64,pp3288-3295,2004；PNAS,vol.104,pp10152-10157,2007]。