一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备技术领域，具体涉及一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子器件向高性能化和尺寸微型化方向的发展，单纯的在工艺上减小存储电介质的厚度将不再是一种有效途径。由于电子隧穿效应，过多地减小电介质层厚度会导致漏导电流大幅增加，这将严重影响器件的工作稳定性，同时增加器件的能量损耗。因此，寻找具有更高介电常数的材料显得越来越重要。公开号为CN 1384079A的专利公开了一种锂钛共掺杂氧化镍基陶瓷的制备方法及其应用，是以锂和钛共掺杂氧化镍基陶瓷获得了室温下介电常数大于14的介电陶瓷材料，并且其温度稳定性较好；公开号为CN 1569731A的专利公开了一种L1-S1-N1-O高介电常数陶瓷材料及其合成方法，是以锂和硅共掺杂氧化镍基陶瓷材料获得了最大介电常数为2.67 X 14 (频率为1KHz)的高介电陶瓷材料，其介电损耗仅为0.65 (频率为1KHz)。综上，化学式为AxByNi1^O,其中A为L1、Na或K ;B为T1、Al、Ta、S1、Fe、V或W的氧化镍基陶瓷材料具有巨大的介电性，在电子器件等领域应用潜力巨大。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题是提供了一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法，该制备方法是以Li和Mo为掺杂元素，通过溶胶-凝胶法制得Li和Mo共掺杂的氧化镍基介电陶瓷材料，以此提高了氧化镍基陶瓷材料的介电常数和降低了氧化镍基陶瓷材料的介电损耗。
[0004]本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤:(I)按照化学式LixM0yNimO的化学计量比分别称取原料 Ni (NO3).6H20、LiN03和(NH 4)6Μο7024.4Η20，其中 χ=0.002-0.3，y=0.002-0.5 ；
(2)将称取的原料Ni (NO3).6H20、LiNO3和(NH4)6Mo7O24.4H20溶于去离子中形成总摩尔浓度为 0.4-1.2mol/L 的绿色透明溶液，再加入 Ni (NO3).6H20、LiNO3和(NH4)6Mo7O24.4H20 总摩尔量0.9-1.5倍的柠檬酸，然后于70-90°C搅拌直至形成透明粘稠的溶胶为止；(3)将得到的溶胶于200-300°C干燥制得凝胶，取出干凝胶，研碎，于600-800°C预烧1_2小时得到黑褐色L1-Mo-N1-O前驱体粉末；(4)将得到的L1-Mo-N1-O前驱体粉在150_240MPa下干压成型，然后于1100-140(TC烧结4-6小时得到块状锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料。
[0005]本发明由于采用了溶胶-凝胶法，降低了反应温度，缩短了反应时间，并得到化学成分均匀的前驱体化合物，反应温度低，时间短，烧结过程能在较低的温度下进行，从而节省了能源。通过对氧化镍进行锂和钼共掺杂得到L1-Mo-N1-O基陶瓷材料，该材料具有非常高的介电常数(频率为10KHz时，ε >105)，且介电损耗较小(频率为10KHz时，tan δ =0.45)。改变锂和钼的掺杂量可以明显改变材料的介电性能，也可以改变材料介电常数的频谱特征和温度依赖性，使其满足不同的工业使用要求，是一种新型的无铅电介质材料。本发明所合成的锂和钼共掺杂氧化镍基陶瓷材料在工程技术上应用非常广泛，如在热电领域，可以用于温差发电和热电制冷系统；在介电领域，可以用于制造高储能密度电容器、激光、显示及固体检测等。
【附图说明】
[0006]图1 是本发明制得的组分为 LiatllMoatllNia98CK Li0.01Ni0.990, MoatllNia99O 和 N1 陶瓷材料的 XRD 图；图 2 是本发明制得的组分为 LiatllMoatllNia98CK LiatllNia99CK MoatllNia99O和N1陶瓷材料的介电常数图；图3是本发明制得的组分为LiacilM0cicilNia98OaiacilNia99CKMoatllNia99O和N1陶瓷材料的介电损耗图。
【具体实施方式】
[0007]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0008]实施例1
Ni (NO3).6Η20 (5.26Χ l(T2mol)、LiN03 (5.4X ΙΟΛιοΙ)和(NH4)6Mo7O24.4Η20 (7.62Χ 1(Γ5mol)溶于60ml去离子水中，将5.37 XlO^moI柠檬酸溶入上述溶液中，85°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中于30(TC干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，80(TC预烧结I小时，在200MPa下干压成型，1280°C烧结4小时，得到块状LiatllMoatllNia98O陶瓷材料。在室温下ε=1.31Χ105 (频率为ΙΟΟΚΗζ)。材料的表征和性能分别见图1、图2、图3。
[0009]对比例I
Ni (NO3).6H20 (5.28Xl(T2mol)和 LiNO3 (5.39X ΙΟΛιοΙ)溶于 60ml 去离子水中，将5.39X 10_2mol柠檬酸溶入上述溶液中，85°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中于300°C干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，800°C预烧结I小时，在200MPa下干压成型，1280°C烧结4小时，得到块状LiatllNia99O陶瓷材料。在室温下ε =5.41Χ 104(频率为10KHz)?材料的表征和性能见图1、图2、图3。
[0010]对比例2
Ni (NO3).6H20 (5.28Χ l(r2mol)和(NH4)6Mo7O24.4H20 (7.61X 1(T5 mol)溶于 60ml 去离子水中，将5.33XlO^moI柠檬酸溶入上述溶液中，85°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中于300°C干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，800°C预烧结I小时，在200MPa下干压成型，1280°C烧结4小时，得到块状MoatllNia99O陶瓷材料。在室温下ε =3.70Χ 104(频率为ΙΟΟΚΗζ)。材料的表征和性能见图1、图2、图3。
[0011]对比例3
Ni (NO3).6H20 (5.36X 10 2mol)溶于 60ml 去离子水中，将 5.37X 10 2mol 梓樣酸溶入上述溶液中，85°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中于300°C干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，800°C预烧结I小时，在200MPa下干压成型，1280°C烧结4小时，得到块状N1陶瓷材料。在室温下ε =2.1lX 102(频率为ΙΟΟΚΗζ)。材料的表征和性能见图1、图2、图3。
[0012]如图1所示，XRD图表明所制得的Li和Mo共掺杂的氧化镍基介电陶瓷材料为氧化镍纯相，没有任何杂相的衍射峰出现。如图2所示，组分为LiatllMoatllNia98O和组分为LiatllNia99O的样品在低频段的介电常数大致相当，在高频段前者的介电常数明?高于后者，而其他两个组分陶瓷的介电常数相比之下较小。如图3所示，组分为LiatllMoatllNia98O的样品的介电损耗相对较小，在10KHz时其介电损耗为0.45 ;而无论在低频段还是在高频段，组份为LiatllNia99O的样品的介电损耗是四个样品中最大的，虽然其介电常数与Li0.0iMo0.QiNi0.980的介电常数相差不大。
[0013]实施例2
Ni (NO3).6Η20 (5.38Χ l(T2mol)、LiN03 (5.4X ΙΟΛιοΙ)和(NH4)6Mo7O24.4Η20 (7.62Χ 1(Γ5mol)溶于60ml去离子水中，将4.92XlO^moI柠檬酸溶入上述溶液中，70°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中30(TC干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，80(TC预烧结I小时，150MPa下干压成型，1100°C烧结6小时，得到块状Liacici2Moacitl2Nia 998O陶瓷材料。
[0014]实施例3
Ni (NO3).6Η20 (3.6X l(T4mol)、LiNO3 ( 5.4 X l(T4mol )和(NH4)6Mo7O24 * 4Η20(1.33Xl(T4mol)溶于60ml去离子水中，将15.5Xl(T3mol柠檬酸溶入上述溶液中，90°C搅拌3小时，得到粘稠溶胶，将溶胶放入烘箱中20(TC干燥5小时，得到干凝胶，磨碎，60(TC预烧结2小时，在240MPa下干压成型，1400°C烧结4小时，得到块状Lia 3Moa 5Nia20陶瓷材料。
[0015]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤:(1)按照化学式LixMoyNi1TyO的化学计量比分别称取原料Ni (NO3).6H20、LiNO3和(NH4)6Mo7O24.4H20，其中 χ=0.002-0.3，y=0.002-0.5 ；(2)将称取的原料 Ni (NO3).6H20、LiNOjP (NH4)6Mo7O24.4H20溶于去离子中形成总摩尔浓度为0.4-1.2mol/L的绿色透明溶液，再加入Ni (NO3).6H20、LiNO3和(NH 4) 6Μο7024.4H20总摩尔量0.9-1.5倍的柠檬酸，然后于70-90°C搅拌直至形成透明粘稠的溶胶为止；(3)将得到的溶胶于200-300°C干燥制得凝胶，取出干凝胶，研碎，于600-800°C预烧1-2小时得到黑褐色L1-Mo-N1-O前驱体粉末；(4)将得到的L1-Mo-N1-O前驱体粉末在150-240MPa下干压成型，然后于1100-1400°C烧结4_6小时得到块状锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料。
【专利摘要】本发明公开了一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法，属于掺杂氧化镍基陶瓷材料的制备技术领域。本发明的技术方案要点为：一种锂钼共掺杂氧化镍基介电陶瓷材料的制备方法，是以Li和Mo为掺杂元素，通过溶胶-凝胶法制得Li和Mo共掺杂的氧化镍基介电陶瓷材料，以此提高了氧化镍基陶瓷材料的介电常数和降低了氧化镍基陶瓷材料的介电损耗，该材料具有非常高的介电常数（频率为100KHz时，ε>105），且介电损耗较小（频率为100KHz时，tanδ=0.45）。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-01
【公开号】CN104803664
【申请号】CN201510184796
【发明人】王显威, 邢玲迪, 苏留辉, 胡艳春, 王小二
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月20日