本發(fā)明涉及無機(jī)介質(zhì)薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電容器是常用于電子電路中的儲能器件，可以儲存靜電能。電容器通常是由兩個相互靠近的導(dǎo)電極板和夾在兩個導(dǎo)電極板之間的絕緣介質(zhì)層組成。當(dāng)電容器的兩個導(dǎo)電極板之間加上電壓時，電容器就會儲存電荷。絕緣介質(zhì)層一般由無機(jī)介質(zhì)薄膜材料制成，電子陶瓷材料是較為常見的無機(jī)介質(zhì)薄膜材料。

2、近年來，隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，對電容器的工作性能要求越來越高，市場上對于高儲能密度的無機(jī)介質(zhì)薄膜材料的需求愈發(fā)增長。受限于無機(jī)介質(zhì)薄膜材料的體積能量密度，目前采用無機(jī)介質(zhì)薄膜材料的電容器的儲能能力普遍不好。

3、作為一種重要的電子陶瓷材料，鈦酸鋇是一種十分典型的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)晶體，具有高介電常數(shù)、低介電損耗、較大的電阻率和優(yōu)異的絕緣性能等特性，主要用于制造多層陶瓷電容器、單板陶瓷電容器、熱敏電阻、壓電陶瓷、微波陶瓷等電子元器件。但是目前鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料在應(yīng)用于電容器中時，存在擊穿電場強(qiáng)度偏低的問題，導(dǎo)致放電儲能密度較低，最終影響電容器的儲能性能，限制了鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料在電容器等電子元器件中的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有的鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料在應(yīng)用于電容器中時，存在擊穿電場強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致儲能性能較差的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的制備方法，包括以下步驟：

4、將含鋇的有機(jī)化合物和含鈦的有機(jī)化合物在溶劑體系下混合均勻，經(jīng)陳化處理，制得前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液均勻涂布在基片的表面，經(jīng)熱處理，制得中間體；將中間體經(jīng)退火處理，在基片的表面形成非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料；其中，所述退火處理的溫度為680℃?720℃。

5、其中，陳化處理能夠使混合后的溶液達(dá)到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，得到粘度合適的溶液。中間體是經(jīng)過熱處理后去除了水分和有機(jī)溶劑后鈦和鋇的絡(luò)合物。退火處理能夠調(diào)控薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和生長條件，形成非晶基鈦酸鋇薄膜。

6、本發(fā)明通過調(diào)控退火溫度制備出非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，利用非晶材料自身近程有序遠(yuǎn)程無序的特殊結(jié)構(gòu)和其在微觀結(jié)構(gòu)方面具有缺陷少、無晶界和疇界的特點，能夠大幅提升鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的擊穿電場強(qiáng)度，從而使鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的放電儲能密度等儲能性能相關(guān)的參數(shù)得到提升，以解決現(xiàn)有的鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料在應(yīng)用于電容器中時，存在擊穿電場強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致儲能性能較差的技術(shù)問題。。

7、可選地，所述退火處理的升溫速率為75℃/s?85℃/s，保溫時間為4min?6min。

8、可選地，所述熱處理包括以下步驟：先加熱至150℃?200℃保溫5?10min后，再加熱至425℃?475℃并保溫5?15min。

9、可選地，所述溶劑為乙酸和乙二醇甲醚。

10、可選地，所述將前驅(qū)體溶液均勻涂布在基片的表面，包括以下步驟：

11、將所述前驅(qū)體溶液滴于所述基片的表面，并將所述基片按照1000r/min?3000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)30s，以使前驅(qū)體溶液均勻涂布在基片的表面。

12、可選地，所述基片為pt/ti/sio2/si基片。

13、可選地，所述陳化處理的時間為12h?24h。

14、本發(fā)明提供了一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，采用上述的制備方法制得。

15、可選地，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的放電儲能密度為1.22j/cm3?7.02j/cm3，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的擊穿強(qiáng)度為116kv/cm?3054kv/cm，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的介電常數(shù)為13.9?513.8，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的介電損耗為0.03?0.08。

16、本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過調(diào)控退火溫度制備出非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，利用非晶材料自身近程有序遠(yuǎn)程無序的特殊結(jié)構(gòu)和其在微觀結(jié)構(gòu)方面具有缺陷少、無晶界和疇界的特點，能夠大幅提升非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的擊穿電場強(qiáng)度，從而使非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的放電儲能密度等儲能性能相關(guān)的參數(shù)得到提升，以解決現(xiàn)有的鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料在應(yīng)用于電容器中時，存在擊穿電場強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致儲能性能較差的技術(shù)問題。。

17、此外，本發(fā)明的制備方法所用的原料不含鉛元素、較低的退火溫度利于節(jié)能減排，具有綠色環(huán)保的特點。

技術(shù)特征：

1.一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理的升溫速率為75℃/s?85℃/s，保溫時間為4min?6min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑為乙酸和乙二醇甲醚。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述將前驅(qū)體溶液均勻涂布在基片的表面，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述基片為pt/ti/sio2/si基片。

7.一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1至6任一項所述的制備方法制得。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，其特征在于，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的擊穿強(qiáng)度為116kv/cm?3054kv/cm，所述非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的放電儲能密度為1.22j/cm3?7.02j/cm3。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無機(jī)介質(zhì)薄膜材料領(lǐng)域，具體涉及一種非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料及其制備方法。本發(fā)明通過調(diào)控退火溫度制備出非晶基鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料，利用非晶材料自身近程有序遠(yuǎn)程無序的特殊結(jié)構(gòu)和其在微觀結(jié)構(gòu)方面具有缺陷少、無晶界和疇界的特點，能夠大幅提升鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的擊穿電場強(qiáng)度，從而使鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的放電儲能密度等儲能性能相關(guān)的參數(shù)得到提升，以解決現(xiàn)有的鈦酸鋇介質(zhì)薄膜材料的儲能性能較差的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣雪雯,汪尉,鄭毅森,程嘉惠,張子涵,謝愛文,爾曉闊,左如忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8