中國(guó)粉體網(wǎng)訊 多層陶瓷電容器（MLCC）是電子線路中不可或缺的基礎(chǔ)無(wú)源電子元器件，被譽(yù)為“電子工業(yè)大米”。隨著移動(dòng)通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)電子設(shè)備的功能集成模塊對(duì)MLCC的需求量逐年增加。目前，產(chǎn)量最大的MLCC型號(hào)是EIA-X7R，其電容溫度系數(shù)可以在-55℃至125℃之間保持小于15%。盡管此類MLCC能夠滿足大多數(shù)溫度場(chǎng)景應(yīng)用需求，但對(duì)于新興的航空航天和新能源汽車等應(yīng)用仍然面臨極大的挑戰(zhàn)。在這些高科技領(lǐng)域中，需要MLCC在極寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作以應(yīng)對(duì)極端惡劣的工作環(huán)境。現(xiàn)有商業(yè)II類MLCC主體瓷料主要依賴于鈦酸鋇（BT）鐵電陶瓷，雖然其介電常數(shù)很高，但固有的低居里溫度（TC~120℃）使得這種材料即使通過(guò)復(fù)合摻雜與“芯殼”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也難以將工作溫度上限延伸至300℃。因此，尋找新的高介超寬溫電容器瓷料并進(jìn)行工業(yè)MLCC制造驗(yàn)證至關(guān)重要。
北京工業(yè)大學(xué)侯育冬教授團(tuán)隊(duì)與北京元六鴻遠(yuǎn)電子科技股份有限公司合作，通過(guò)精細(xì)的組分設(shè)計(jì)，在0.69(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3)-0.31NaTaO3(NBT-KBT-0.31NT)體系中構(gòu)建出P4bm + Pbnm + R3c類型的極性納米微區(qū)（PNRs）組合。研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于P4bm + R3c與P4bm + Pbnm組合類型，新的三元PNRs組合類型有利于在超寬溫區(qū)內(nèi)平衡高介電常數(shù)與溫度穩(wěn)定性的關(guān)系，進(jìn)而獲得綜合介電品質(zhì)優(yōu)良的介電陶瓷。進(jìn)一步，采用工業(yè)流延、絲網(wǎng)印刷與共燒技術(shù)制作出標(biāo)準(zhǔn)尺寸1812型的NBT-KBT-0.31NT MLCC。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化層壓壓力與共燒溫度，實(shí)現(xiàn)介電層與鉑內(nèi)電極間緊密的異質(zhì)界面結(jié)合，構(gòu)建的 MLCC在-61℃-306℃超寬溫范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的高介電常數(shù)（εr =907±15%）與低介電損耗（tanδ≤ 0.025），同時(shí)兼具優(yōu)異的高溫絕緣特性。
該工作表明調(diào)制弛豫鐵電體PNRs組合類型是設(shè)計(jì)超寬溫MLCC的有效策略。相關(guān)成果以“Boosting ultra-wide temperature dielectric stability of multilayer ceramic capacitor through tailoring the combination types of polar nanoregions”為題發(fā)表于中科院一區(qū)期刊《Journal of Materiomics》，通訊作者為侯育冬教授，碩士研究生劉嘉成和博士研究生席凱彪為論文的共同一作，北京工業(yè)大學(xué)為第一通訊單位，合作單位為北京元六鴻遠(yuǎn)電子科技股份有限公司。
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖1. 超寬溫MLCCs設(shè)計(jì)策略示意圖： PNRs組合類型調(diào)制與器件異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化
圖2. (a) NBT-KBT-0.31NT粉體的粒徑分布；(b) NBT-KBT-0.31NT流延膜的光學(xué)照片；(c) 不同層壓壓力NBT-KBT-0.31NT MLCC的超聲無(wú)損探測(cè)掃描圖像；(d) MLCC尺寸測(cè)量光學(xué)照片；(e) MLCC橫截面掃描照片；（f-k）Na、K、Bi、Ti、Ta和Pt元素分布；(l) MLCC橫截面Pt元素線掃分析
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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