專利名稱：鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料及溶膠凝膠制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料及溶膠凝膠制備方法，屬于電介質(zhì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高介電常數(shù)氧化物介電材料是以電子器件的小型化和高速化為特征的微電子技術(shù)升級(jí)換代的關(guān)鍵材料，在目前器件加工エ藝接近極限，不能再簡(jiǎn)單縮小尺寸的情況下，小型化最終取決于提高電容器中絕緣介質(zhì)材料靜態(tài)介電常數(shù)值。高介電常數(shù)的材料意味著具有很好的儲(chǔ)存電能和均勻電場(chǎng)的作用。最早報(bào)道的高介電常數(shù)陶瓷為BaTiO3鐵電陶瓷及其改性材料。在BaTiO3居里溫度120攝氏度附近發(fā)現(xiàn)了高介電常數(shù)，通過改性，可使其居里溫度接近室溫。隨后，在弛豫鐵電體材料Pb基鈣鈦礦中，如Pb (ZrTi) 03、Pb (Mgl73Nb273) O3-PbTiO3,也在其鐵電ー順電相變溫度附近發(fā)現(xiàn)了高出非相變區(qū)ー個(gè)數(shù)量級(jí)以上的介電常數(shù)，該類材料的鐵電或馳豫鐵電性是形成較高的介電常數(shù)的原因。但是這些材料美中不足之處是在居里溫度附近會(huì)發(fā)生鐵電一順電相變，介電常數(shù)出現(xiàn)峰值，使得材料對(duì)溫度變化非常敏感，這種性質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中是非常不利的，而且上述高介電材料中含1 ，在制備和應(yīng)用過程中污染很大，不利于環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改善高介電常數(shù)陶瓷的溫度穩(wěn)定性、減少制備和應(yīng)用過程對(duì)環(huán)境造成的壓力，提供一種鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料及溶膠凝膠制備方法，獲得了一種介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好的高介電常數(shù)陶瓷，為制備性能優(yōu)良的電子器件提供了技術(shù) —石 tL。本發(fā)明涉及的鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料的化學(xué)組成通式為=LixCoyNi (1_x_y)0， 其中，x = 0. 05,0. 02≤y≤0. 1，X，y為摩爾分?jǐn)?shù)。所述鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料的制備方法為(1)按照 LixCoyNi(1_x_y)0 的化學(xué)計(jì)量比，其中:x = 0. 05，0. 02 ≤ y ≤0. 1，x，y 為摩爾分?jǐn)?shù)，稱量乙酸鎳、碳酸鋰和乙酸鈷，然后稱量乙ニ胺四乙酸，乙ニ胺四乙酸物質(zhì)的量為乙酸鈷的物質(zhì)的量的3-10倍；(2)將上述乙ニ胺四乙酸溶于去離子水中，去離子水的質(zhì)量為乙ニ胺四乙酸質(zhì)量的5 20倍；常溫下勻速攪拌該溶液，使乙ニ胺四乙酸完全溶于去離子水中；(3)將上述乙酸鎳和碳酸鋰加入步驟(2)所得溶液，常溫?cái)嚢柚镣耆芙猓?4)向步驟(3)所得溶液中緩慢加入上述乙酸鈷，邊加入，邊攪拌，在攪拌的同吋， 將溶液加熱至80 150攝氏度，形成含鈷的溶膠；(5)將步驟(4)所得的溶膠置于烘箱中，于90 150攝氏度脫水5 15小吋，得到干凝膠；(6)將步驟(5)所得的干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在500 1000攝氏度煅燒5 15小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳粉體；(7)將步驟(6)所得粉體，加入質(zhì)量百分比濃度為2 10%的聚乙烯醇溶液造粒， 所加聚乙烯醇溶液的質(zhì)量為粉體質(zhì)量的5 25%;在200 500ΜΙ^下干壓成型，在1000 1500攝氏度燒結(jié)3 10小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷。本發(fā)明的有益效果是采用較為簡(jiǎn)單的溶膠凝膠方法制備了 LixCoyNi(1_x_y)0陶瓷材料，該方法不僅降低了反應(yīng)溫度，縮短了反應(yīng)時(shí)間，而且還得到了材料成分均勻性和分散性好的產(chǎn)物。通過對(duì)氧化鎳進(jìn)行鋰鈷共摻雜，得到的陶瓷材料在40Ηζ-1ΜΗζ范圍內(nèi)的介電常數(shù)超過100000，介電損耗小于0. 06 ；并且在室溫到220攝氏度范圍內(nèi)具有很好的介電溫度穩(wěn)定性。本發(fā)明公開的鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料有望應(yīng)用于小體積大容量的微型電容器，電子計(jì)算機(jī)記憶元件及超級(jí)電容器等器件。


圖1為本發(fā)明Lit).05し0CΙ.02Ν ().930陶瓷材料的SEM圖譜。
圖2為本發(fā)明Lia05^Ο0.O2Ni0.930陶瓷材料的相對(duì)介電?！づS頻率的變化關(guān)系圖譜。
圖3為本發(fā)明Lit).05し0C!.O5Nit3.900陶瓷材料的SEM圖譜。
圖4為本發(fā)明Lia05^Ο0.O5Ni0.9(10陶瓷材料的相對(duì)介電?！づS頻率的變化關(guān)系圖譜。
圖5為本發(fā)明Lit).05し0CΜΝ Ο.850陶瓷材料的SEM圖譜。
圖6為本發(fā)明Lit).05し0CΜΝ Ο.850陶瓷材料的相對(duì)介電常類文隨頻率的變化關(guān)系圖譜。
具體實(shí)施方式
如下實(shí)施例1 用分析純級(jí)的乙酸鈷、乙酸鎳、碳酸鋰和乙ニ胺四乙酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Li0.05Co0.02Ni0.930進(jìn)行稱量原料，其中乙ニ胺四乙酸的物質(zhì)的量為乙酸鎳物質(zhì)的量的4倍； 將乙ニ胺四乙酸溶于去離子水中，去離子水的質(zhì)量為乙ニ胺四乙酸質(zhì)量的8倍，常溫?cái)嚢柚烈谣税匪囊宜嵬耆芙猓煌芤褐屑尤胍宜徭嚭吞妓徜?，常溫?cái)嚢柚镣耆芙猓痪徛叵蛉芤褐屑尤胍宜徕?，邊加入，邊攪拌，在攪拌的同時(shí)，將溶液加熱至100攝氏度，得到含鈷的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于120攝氏度脫水12小吋，得干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在750攝氏度煅燒10小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳粉體；在粉體中加入質(zhì)量百分比濃度為10%的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的質(zhì)量為粉體質(zhì)量的5% ；在350MPa 下壓片成型，在1250攝氏度下燒結(jié)5小吋，得到Liatl5Coatl2Nia93O陶瓷材料。圖1給出了 Li0.05Co0.02Ni0.930陶瓷材料的SEM圖譜，圖2給出了該材料的相對(duì)介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系圖譜。實(shí)施例2 用分析純級(jí)的乙酸鈷、乙酸鎳、碳酸鋰和乙ニ胺四乙酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Liaci5Coatl5Nia9tlO進(jìn)行稱量原料，其中乙ニ胺四乙酸的物質(zhì)的量為乙酸鎳物質(zhì)的量的6倍； 將乙ニ胺四乙酸溶于去離子水中，去離子水的質(zhì)量為乙ニ胺四乙酸質(zhì)量的9倍，常溫?cái)嚢柚烈谣税匪囊宜嵬耆芙?；往溶液中加入乙酸鎳和碳酸鋰，常溫?cái)嚢柚镣耆芙?；緩慢地向溶液中加入乙酸鈷，邊加入，邊攪拌，在攪拌的同時(shí)，將溶液加熱至120攝氏度，得到含鈷的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于140攝氏度脫水14小吋，得干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在800攝氏度煅燒10小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳粉體；在粉體中加入質(zhì)量百分比濃度為5%的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的質(zhì)量為粉體質(zhì)量的10%，在350MPa 下壓片成型，在1250攝氏度下燒結(jié)5小吋，得到Liaci5Coatl5Nia9tlO陶瓷材料。圖3給出了 Liaci5Coatl5Nia9tlO陶瓷材料的SEM圖譜，圖4給出了該材料的相對(duì)介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系圖譜。實(shí)施例3 用分析純級(jí)的乙酸鈷、乙酸鎳、碳酸鋰和乙ニ胺四乙酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為 Lia JoaiNia85O進(jìn)行稱量原料，其中乙ニ胺四乙酸的物質(zhì)的量為乙酸鎳物質(zhì)的量的6倍；將乙ニ胺四乙酸溶于去離子水中，去離子水的質(zhì)量為乙ニ胺四乙酸質(zhì)量的10倍，常溫?cái)嚢柚烈谣税匪囊宜嵬耆芙?；往溶液中加入乙酸鎳和碳酸鋰，常溫?cái)嚢柚镣耆芙?；緩慢地向溶液中加入乙酸鈷，邊加入，邊攪拌，在攪拌的同時(shí)，將溶液加熱至120攝氏度，得到含鈷的溶膠；將溶膠置于烘箱中，于140攝氏度脫水14小吋，得干凝膠；將干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在800攝氏度煅燒10小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳粉體；在粉體中加入質(zhì)量百分比濃度為2 %的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的質(zhì)量為粉體質(zhì)量的25 %，在400MPa 下壓片成型，在1300攝氏度下燒結(jié)6小吋，得到Liatl5CoaiNia85O陶瓷材料。圖5給出了 Liatl5CoaiNia85O陶瓷材料的SEM圖譜，圖6給出了該材料相對(duì)介電常數(shù)隨頻率的變化關(guān)系圖譜。
權(quán)利要求
1.一種鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷，其特征在于鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷的化學(xué)組成通式,;J LixCoyNi(1_x_y) 0，其中，x = 0. 05,0. 02彡y彡0. 1，X，y為摩爾分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷的制備方法，其特征在于具體步驟為(1)按照LixCoyNi(トx_y)0的化學(xué)計(jì)量比，其中:x= 0. 05,0. 02 ^ y ^ 0. 1, x, y為摩爾分?jǐn)?shù)，稱量乙酸鎳、碳酸鋰和乙酸鈷，然后稱量乙ニ胺四乙酸，乙ニ胺四乙酸物質(zhì)的量為乙酸鈷的物質(zhì)的量的3-10倍；(2)將上述乙ニ胺四乙酸溶于去離子水中，去離子水的質(zhì)量為乙ニ胺四乙酸質(zhì)量的 5 20倍；常溫下勻速攪拌該溶液，使乙ニ胺四乙酸完全溶于去離子水中；(3)將上述乙酸鎳和碳酸鋰加入步驟( 所得溶液，常溫?cái)嚢柚镣耆芙猓?4)向步驟C3)所得溶液中緩慢加入上述乙酸鈷，邊加入，邊攪拌，在攪拌的同時(shí)，將溶液加熱至80 150攝氏度，形成含鈷的溶膠；(5)將步驟⑷所得的溶膠置于烘箱中，于90 150攝氏度脫水5 15小吋，得到干凝膠；(6)將步驟(5)所得的干凝膠研碎，置于馬弗爐中，在500 1000攝氏度煅燒5 15 小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳粉體；(7)將步驟(6)所得粉體，加入質(zhì)量百分比濃度為2 10%的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的質(zhì)量為粉體質(zhì)量的5 25%;在200 500MPa下干壓成型，在1000 1500 攝氏度燒結(jié)3 10小吋，得到鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料及溶膠凝膠制備方法。鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料的化學(xué)組成通式為L(zhǎng)ixCoyNi(1-x-y)O，其中，x＝0.05，0.02≤y≤0.1，x，y為摩爾分?jǐn)?shù)。將分析純級(jí)的乙酸鈷、乙酸鎳、碳酸鋰和乙二胺四乙酸作為原料，按化學(xué)計(jì)量比為L(zhǎng)ixCoyNi(1-x-y)O進(jìn)行稱量配料，經(jīng)過溶解、制成溶膠、制成凝膠、干燥、煅燒以及燒結(jié)等工序，最終制備了材料成分均勻性和分散性好的鋰鈷共摻雜氧化鎳陶瓷材料。本發(fā)明提供了一種鋰鈷共摻雜氧化鎳基陶瓷材料及溶膠凝膠制備方法，獲得了一種介電損耗低、溫度穩(wěn)定性好的高介電常數(shù)陶瓷，為制備性能優(yōu)良的電子器件提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C04B35/624GK102557589SQ201110425139
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉來君, 史丹平, 吳爽爽, 方亮, 李蕓華, 黃延民 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)