【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】介電陶瓷材料作為電子元器件的重要組成部分受到廣泛關(guān)注。隨著器件的小型化、集成化快速發(fā)展，研發(fā)具有更高介電常數(shù)、更低介電損耗以及良好溫度穩(wěn)定性的高性能介電陶瓷材料日益緊迫。在目前廣泛報(bào)道的高介電常數(shù)材料中，鈦酸銅鈣基陶瓷常伴隨較高損耗，難以得到有效抑制；二氧化鈦基和鈦酸鍶基陶瓷介電性能依賴摻雜改性，若要兼顧損耗則難以進(jìn)一步提高介電常數(shù)。
近日，清華大學(xué)材料學(xué)院林元華團(tuán)隊(duì)提出價(jià)鍵工程策略，通過高熵設(shè)計(jì)向鈦酸鈣中引入多種特定元素，有效減弱了鍵合強(qiáng)度，促進(jìn)了空位缺陷的生成，從而提高了偶極子取向極化強(qiáng)度，提升了鈦酸鈣的介電性能。通過價(jià)鍵工程這一有效方法，在(Na0.25Sm0.25Ca0.25Sr0.25)(Ti0.97Nb0.015Er0.015)O3(NSCST)陶瓷中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了2.37×105的巨介電常數(shù)、介電損耗僅0.005，以及-50–250°C范圍內(nèi)小于±15%的高溫度穩(wěn)定性，為目前國際上報(bào)道的最優(yōu)性能。本研究證實(shí)巨介電性能可以在鈦酸鈣陶瓷中實(shí)現(xiàn)，提出的價(jià)鍵工程策略可以推廣到其他相似組成和結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計(jì)中，同時(shí)為其他功能陶瓷的性能優(yōu)化提供了新思路。
高熵鈦酸鈣陶瓷的價(jià)鍵工程設(shè)計(jì)策略
相關(guān)研究成果以“化學(xué)鍵合工程制備巨介電常數(shù)高熵鈦酸鈣陶瓷”(Colossal permittivity in high-entropy CaTiO3 ceramics by chemical bonding engineering)為題，于4月29日在線發(fā)表于《自然·通訊》(Nature Communications)。
清華大學(xué)材料學(xué)院2021級(jí)博士生蔡婧涵為論文第一作者，材料學(xué)院教授林元華為論文通訊作者。論文的重要合作者包括清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士、藍(lán)順博士、戚俊磊博士，河南理工大學(xué)副教授魏賓。研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
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