CN102557589B - 锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法。锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料的化学组成通式为：LixCoyNi(1-x-y)O，其中，x＝0.05，0.02≤y≤0.1，x，y为摩尔分数。将分析纯级的乙酸钴、乙酸镍、碳酸锂和乙二胺四乙酸作为原料，按化学计量比为LixCoyNi(1-x-y)O进行称量配料，经过溶解、制成溶胶、制成凝胶、干燥、煅烧以及烧结等工序，最终制备了材料成分均匀性和分散性好的锂钴共掺杂氧化镍陶瓷材料。本发明提供了一种锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法，获得了一种介电损耗低、温度稳定性好的高介电常数陶瓷，为制备性能优良的电子器件提供了技术基础。

Description

锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法，属于电介质领域。
背景技术
高介电常数氧化物介电材料是以电子器件的小型化和高速化为特征的微电子技术升级换代的关键材料，在目前器件加工工艺接近极限，不能再简单缩小尺寸的情况下，小型化最终取决于提高电容器中绝缘介质材料静态介电常数值。高介电常数的材料意味着具有很好的储存电能和均匀电场的作用。
最早报道的高介电常数陶瓷为BaTiO3铁电陶瓷及其改性材料。在BaTiO3居里温度120摄氏度附近发现了高介电常数，通过改性，可使其居里温度接近室温。随后，在弛豫铁电体材料Pb基钙钛矿中，如Pb(ZrTi)O3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，也在其铁电一顺电相变温度附近发现了高出非相变区一个数量级以上的介电常数，该类材料的铁电或驰豫铁电性是形成较高的介电常数的原因。但是这些材料美中不足之处是在居里温度附近会发生铁电一顺电相变，介电常数出现峰值，使得材料对温度变化非常敏感，这种性质在实际应用中是非常不利的，而且上述高介电材料中含Pb，在制备和应用过程中污染很大，不利于环保。
发明内容
本发明的目的是为了改善高介电常数陶瓷的温度稳定性、减少制备和应用过程对环境造成的压力，提供一种锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料及溶胶凝胶制备方法，获得了一种介电损耗低、温度稳定性好的高介电常数陶瓷，为制备性能优良的电子器件提供了技术基础。
本发明涉及的锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料的化学组成通式为：LixCoyNi(1-x-y)O，其中，x＝0.05，0.02≤y≤0.1，x，y为摩尔分数。
所述锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料的制备方法为：
(1)按照LixCoyNi(1-x-y)O的化学计量比，其中：x＝0.05，0.02≤y≤0.1，x，y为摩尔分数，称量乙酸镍、碳酸锂和乙酸钴，然后称量乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸物质的量为乙酸钴的物质的量的3-10倍；
(2)将上述乙二胺四乙酸溶于去离子水中，去离子水的质量为乙二胺四乙酸质量的5～20倍；常温下匀速搅拌该溶液，使乙二胺四乙酸完全溶于去离子水中；
(3)将上述乙酸镍和碳酸锂加入步骤(2)所得溶液，常温搅拌至完全溶解；
(4)向步骤(3)所得溶液中缓慢加入上述乙酸钴，边加入，边搅拌，在搅拌的同时，将溶液加热至80～150摄氏度，形成含钴的溶胶；
(5)将步骤(4)所得的溶胶置于烘箱中，于90～150摄氏度脱水5～15小时，得到干凝胶；
(6)将步骤(5)所得的干凝胶研碎，置于马弗炉中，在500～1000摄氏度煅烧5～15小时，得到锂钴共掺杂氧化镍粉体；
(7)将步骤(6)所得粉体，加入质量百分比浓度为2～10％的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的质量为粉体质量的5～25％；在200～500MPa下干压成型，在1000～1500摄氏度烧结3～10小时，得到锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷。
本发明的有益效果是：采用较为简单的溶胶凝胶方法制备了LixCoyNi(1-x-y)O陶瓷材料，该方法不仅降低了反应温度，缩短了反应时间，而且还得到了材料成分均匀性和分散性好的产物。通过对氧化镍进行锂钴共掺杂，得到的陶瓷材料在40Hz-1MHz范围内的介电常数超过100000，介电损耗小于0.06；并且在室温到220摄氏度范围内具有很好的介电温度稳定性。本发明公开的锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷材料有望应用于小体积大容量的微型电容器，电子计算机记忆元件及超级电容器等器件。
附图说明
图1为本发明Li0.05Co0.02Ni0.93O陶瓷材料的SEM图谱。
图2为本发明Li0.05Co0.02Ni0.93O陶瓷材料的相对介电常数随频率的变化关系图谱。
图3为本发明Li0.05Co0.05Ni0.90O陶瓷材料的SEM图谱。
图4为本发明Li0.05Co0.05Ni0.90O陶瓷材料的相对介电常数随频率的变化关系图谱。
图5为本发明Li0.05Co0.1Ni0.85O陶瓷材料的SEM图谱。
图6为本发明Li0.05Co0.1Ni0.85O陶瓷材料的相对介电常数随频率的变化关系图谱。
具体实施方式如下：
实施例1：
用分析纯级的乙酸钴、乙酸镍、碳酸锂和乙二胺四乙酸作为原料，按化学计量比为Li0.05Co0.02Ni0.93O进行称量原料，其中乙二胺四乙酸的物质的量为乙酸镍物质的量的4倍；将乙二胺四乙酸溶于去离子水中，去离子水的质量为乙二胺四乙酸质量的8倍，常温搅拌至乙二胺四乙酸完全溶解；往溶液中加入乙酸镍和碳酸锂，常温搅拌至完全溶解；缓慢地向溶液中加入乙酸钴，边加入，边搅拌，在搅拌的同时，将溶液加热至100摄氏度，得到含钴的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于120摄氏度脱水12小时，得干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在750摄氏度煅烧10小时，得到锂钴共掺杂氧化镍粉体；在粉体中加入质量百分比浓度为10％的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的质量为粉体质量的5％；在350MPa下压片成型，在1250摄氏度下烧结5小时，得到Li0.05Co0.02Ni0.93O陶瓷材料。图1给出了Li0.05Co0.02Ni0.93O陶瓷材料的SEM图谱，图2给出了该材料的相对介电常数随频率的变化关系图谱。
实施例2：
用分析纯级的乙酸钴、乙酸镍、碳酸锂和乙二胺四乙酸作为原料，按化学计量比为Li0.05Co0.05Ni0.90O进行称量原料，其中乙二胺四乙酸的物质的量为乙酸镍物质的量的6倍；将乙二胺四乙酸溶于去离子水中，去离子水的质量为乙二胺四乙酸质量的9倍，常温搅拌至乙二胺四乙酸完全溶解；往溶液中加入乙酸镍和碳酸锂，常温搅拌至完全溶解；缓慢地向溶液中加入乙酸钴，边加入，边搅拌，在搅拌的同时，将溶液加热至120摄氏度，得到含钴的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于140摄氏度脱水14小时，得干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在800摄氏度煅烧10小时，得到锂钴共掺杂氧化镍粉体；在粉体中加入质量百分比浓度为5％的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的质量为粉体质量的10％，在350MPa下压片成型，在1250摄氏度下烧结5小时，得到Li0.05Co0.05Ni0.90O陶瓷材料。图3给出了Li0.05Co0.05Ni0.90O陶瓷材料的SEM图谱，图4给出了该材料的相对介电常数随频率的变化关系图谱。
实施例3：
用分析纯级的乙酸钴、乙酸镍、碳酸锂和乙二胺四乙酸作为原料，按化学计量比为Li0.05Co0.1Ni0.85O进行称量原料，其中乙二胺四乙酸的物质的量为乙酸镍物质的量的6倍；将乙二胺四乙酸溶于去离子水中，去离子水的质量为乙二胺四乙酸质量的10倍，常温搅拌至乙二胺四乙酸完全溶解；往溶液中加入乙酸镍和碳酸锂，常温搅拌至完全溶解；缓慢地向溶液中加入乙酸钴，边加入，边搅拌，在搅拌的同时，将溶液加热至120摄氏度，得到含钴的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于140摄氏度脱水14小时，得干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在800摄氏度煅烧10小时，得到锂钴共掺杂氧化镍粉体；在粉体中加入质量百分比浓度为2％的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的质量为粉体质量的25％，在400MPa下压片成型，在1300摄氏度下烧结6小时，得到Li0.05Co0.1Ni0.85O陶瓷材料。图5给出了Li0.05Co0.1Ni0.85O陶瓷材料的SEM图谱，图6给出了该材料相对介电常数随频率的变化关系图谱。

Claims (1)

1. 一种锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1) 按照LixCoyNi(1-x-y)O的化学计量比，其中：x=0.05，0.02≤y≤0.1，x，y为摩尔分数，称量乙酸镍、碳酸锂和乙酸钴,然后称量乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸物质的量为乙酸钴的物质的量的3-10倍；
(2) 将上述乙二胺四乙酸溶于去离子水中，去离子水的质量为乙二胺四乙酸质量的5~20倍；常温下匀速搅拌该溶液，使乙二胺四乙酸完全溶于去离子水中；
(3) 将上述乙酸镍和碳酸锂加入步骤（2）所得溶液，常温搅拌至完全溶解；
(4) 向步骤（3）所得溶液中缓慢加入上述乙酸钴，边加入，边搅拌，在搅拌的同时，将溶液加热至80~150摄氏度，形成含钴的溶胶；
(5) 将步骤（4）所得的溶胶置于烘箱中，于90~150摄氏度脱水5~15小时，得到干凝胶；
(6) 将步骤（5）所得的干凝胶研碎，置于马弗炉中，在500~1000摄氏度煅烧5~15小时，得到锂钴共掺杂氧化镍粉体；
(7) 将步骤（6）所得粉体，加入质量百分比浓度为2~10%的聚乙烯醇溶液造粒，所加聚乙烯醇溶液的质量为粉体质量的5~25%；在200~500MPa下干压成型，在1000~1500摄氏度烧结3~10小时，得到锂钴共掺杂氧化镍基陶瓷。
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