RU75784U1 - ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS - Google Patents

ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS Download PDF

Info

Publication number
RU75784U1
RU75784U1 RU2007142193/22U RU2007142193U RU75784U1 RU 75784 U1 RU75784 U1 RU 75784U1 RU 2007142193/22 U RU2007142193/22 U RU 2007142193/22U RU 2007142193 U RU2007142193 U RU 2007142193U RU 75784 U1 RU75784 U1 RU 75784U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferroelectric
matrix
dielectric
nanoclusters
high dielectric
Prior art date
Application number
RU2007142193/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Михайлович Караваев
Екатерина Юрьевна Королева
Сергей Борисович Вахрушев
Алексей Владимирович Филимонов
Александр Алексеевич Набережнов
Юрий Александрович Кумзеров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ")
Priority to RU2007142193/22U priority Critical patent/RU75784U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU75784U1 publication Critical patent/RU75784U1/en

Links

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для хранения электрического заряда - электрическим конденсаторам. За счет использования сегнетоэлектрических нанокластеров, внедренных в пористую диэлектрическую матрицу достигается значительное увеличение емкости конденсатора с одновременным уменьшением размеров устройства. Заполнение диэлектрической матрицы сегнетоэлектриком, за счет высокой подвижности атомов нанокластера в предплавильном состоянии, производится при температуре ниже температуры плавления как сегнетоэлектрика так и диэлектрической матрицы. Матрица имеет контролируемые топологию и расположение пор, за счет чего сегнетоэлектрик однородно распределяется в объеме матрицы.The proposed utility model relates to devices for storing electric charge - electric capacitors. Due to the use of ferroelectric nanoclusters embedded in a porous dielectric matrix, a significant increase in the capacitance of the capacitor is achieved with a simultaneous decrease in the size of the device. Due to the high mobility of the nanocluster atoms in the premelting state, the dielectric matrix is filled with ferroelectric at a temperature below the melting temperature of both the ferroelectric and the dielectric matrix. The matrix has a controlled topology and pore arrangement, due to which the ferroelectric is uniformly distributed in the matrix.

Description

Область техники:Field of Technology:

Полезная модель относится к области электрических устройств, в частности, к устройствам для хранения электрического заряда - электрическим конденсаторам.The utility model relates to the field of electrical devices, in particular, to devices for storing an electric charge - electric capacitors.

Уровень техники:The prior art:

Известны следующие диэлектрические материалы для конденсаторов:The following dielectric materials for capacitors are known:

керамические, оксидные, органические (полимерные) и композитные, включающие полимер и керамику. Основные параметры и свойства конденсаторов определяются свойствами и параметрами этих материалов. Керамические диэлектрики имеют широкий диапазон диэлектрической проницаемости и рабочих частот. Диэлектрическая проницаемость материалов для изготовления высокочастотных керамических конденсаторов лежит в пределах от единиц до сотен (RU 2293717, US 7072170, JP 2048455, WO 2006137153). Недостатком керамических конденсаторов являются большие размеры. Недостатком органических и оксидных диэлектриков при малой толщине является низкие значения диэлектрической проницаемости (RU 2281540, US 4708989, US 6544651). Органические диэлектрики деградируют со временем с ухудшением диэлектрических свойств. Композитные диэлектрики имеют малую стабильность диэлектрических свойств при массовом выпуске (RU 2084036). Конденсаторы с сегнетоэлектриком в качестве диэлектрического материала лишены всех этих недостатков (SU 1829320, RU 1632254, RU 1767823). Основным недостатком сегнетоэлектриков является изменение диэлектрической проницаемости при воздействии таких внешних факторов как температура и давление. Уйти от этих недостатков позволяет переход к наноразмерам - используются сегнетоэлектрики, внедренные в пористую матрицу, играющую роль стабилизатора внешних воздействий на сегнетоэлектрик.ceramic, oxide, organic (polymer) and composite, including polymer and ceramics. The main parameters and properties of capacitors are determined by the properties and parameters of these materials. Ceramic dielectrics have a wide range of dielectric constant and operating frequencies. The dielectric constant of materials for the manufacture of high-frequency ceramic capacitors ranges from units to hundreds (RU 2293717, US 7072170, JP 2048455, WO 2006137153). The disadvantage of ceramic capacitors is the large size. The disadvantage of organic and oxide dielectrics with a small thickness is the low dielectric constant (RU 2281540, US 4708989, US 6544651). Organic dielectrics degrade over time with deterioration in dielectric properties. Composite dielectrics have low dielectric stability during mass production (RU 2084036). Capacitors with a ferroelectric as a dielectric material are devoid of all these disadvantages (SU 1829320, RU 1632254, RU 1767823). The main disadvantage of ferroelectrics is the change in dielectric constant under the influence of external factors such as temperature and pressure. The transition to nanoscale allows us to get away from these shortcomings - ferroelectrics are used that are embedded in a porous matrix, which plays the role of a stabilizer of external influences on a ferroelectric.

Раскрытие полезной модели:Disclosure of utility model:

Электрические конденсаторы состоят, как правило, из двух плоских электродов - обкладок конденсатора и помещенного между ними слоя диэлектрика. В качестве диэлектрических материалов для конденсаторов сегнетоэлектрики отличаются такими параметрами как высокая диэлектрическая проницаемость, низкий ток утечки, малый тангенс угла потерь.As a rule, electric capacitors consist of two flat electrodes - capacitor plates and a dielectric layer placed between them. As dielectric materials for capacitors, ferroelectrics differ in such parameters as high dielectric constant, low leakage current, and a small loss tangent.

Основной проблемой для использования сегнетоэлектриков в конденсаторах является доменная структура, чувствительность изменению температуры. Для уменьшения габаритов сегнетоэлектрических конденсаторов используют напыление сегнетоэлектриков в виде тонких пленок, но в этом случае получение однородных пленок, без кластерных включений, представляет собой определенную трудность.The main problem for the use of ferroelectrics in capacitors is the domain structure, the sensitivity to temperature changes. To reduce the dimensions of ferroelectric capacitors, sputtering of ferroelectrics in the form of thin films is used, but in this case, obtaining homogeneous films without cluster inclusions is a certain difficulty.

Решением этих проблем является переход к нанокомпозитам, заключенным в пористую диэлектрическую матрицу, например, стеклянную, с контролируемыми размерами и топологией пор.The solution to these problems is the transition to nanocomposites enclosed in a porous dielectric matrix, for example, glass, with controlled pore size and topology.

Нанокомпозиты имеют размеры порядка сотен нанометров, что предотвращает появление доменных и кластерных структур. Помимо этого нанокомпозиты в предплавильном состоянии обладают высокой текучестью за счет увеличения подвижности атомов, что позволяет заполнять матрицу при относительно низкой температуре, не допуская разрушения нанокомпозита при переходе в расплав. Матрица имеет контролируемые размер пор и топологию, что позволяет добиваться однородного распределения диэлектрика в объеме матрицы. Помимо этого, матрица играет роль стабилизатора внешних воздействий.Nanocomposites have dimensions of the order of hundreds of nanometers, which prevents the appearance of domain and cluster structures. In addition, nanocomposites in the premelting state have high fluidity due to an increase in the mobility of atoms, which allows the matrix to be filled at a relatively low temperature, preventing the destruction of the nanocomposite upon transition to the melt. The matrix has controlled pore size and topology, which allows to achieve a uniform distribution of the dielectric in the matrix. In addition, the matrix plays the role of a stabilizer of external influences.

Описание чертежей:Description of drawings:

1 - обкладки конденсатора, 2 - диэлектрик на основе нанокомпозитного сегнетоэлектрика, внедренного в диэлектрическую пористую матрицу.1 - capacitor plates, 2 - dielectric based on a nanocomposite ferroelectric embedded in a porous dielectric matrix.

Осуществление полезной модели:Implementation of a utility model:

Предлагаемое устройство конденсатора осуществляется следующим образом: для изготовления диэлектрика, помещаемого между обкладками конденсатора, используется внедренный в пористую диэлектрическую матрицу сегнетоэлектрический нанокомпозит на основе нитрита натрия (NaNO2). Диэлектрическая пористая матрица имеет контролируемые размер пор и топологию. Внедрение нанокомпозита осуществляется из предплавительного The proposed capacitor device is implemented as follows: for the manufacture of a dielectric placed between the capacitor plates, a ferroelectric nanocomposite based on sodium nitrite (NaNO 2 ) embedded in a porous dielectric matrix is used. The dielectric porous matrix has controlled pore size and topology. The introduction of nanocomposite is carried out from pre

состояния. Отличительной чертой нанокомпозитов является большая подвижность атомов в предварительном состоянии, что позволяет заполнять поры матрицы при более низкой температуре, ниже температуры материала плавления матрицы, чем при использовании обычного сегнетоэлектрика.condition. A distinctive feature of nanocomposites is the high mobility of atoms in the preliminary state, which allows filling the pores of the matrix at a lower temperature, lower than the temperature of the melting material of the matrix, than when using conventional ferroelectric.

Внедренное вещество при этом стабильно во времени, остается в твердом состоянии и сохраняет кристаллическую структуру. В качестве внедряемых веществ применяются сегнетоэлектрики типа порядок-беспорядок например, нитрит натрия. Вводимое вещество является экологически чистым и не содержит тяжелых металлов.In this case, the introduced substance is stable in time, remains in the solid state and retains the crystalline structure. Ferroelectrics of the order-disorder type, for example, sodium nitrite, are used as introduced substances. The introduced substance is environmentally friendly and does not contain heavy metals.

Claims (1)

Электрический конденсатор, состоящий из двух плоских электродов - обкладок конденсатора и заключенного между ними слоя диэлектрика, отличающийся тем, что слой диэлектрика выполнен из материала на основе сегнетоэлектрических нанокластеров нитрита натрия (NaNO2), заключенных в пористую диэлектрическую матрицу с контролируемыми размерами и топологией, что позволяет им однородно распределяться в объеме матрицы.
Figure 00000001
An electric capacitor consisting of two flat electrodes - capacitor plates and a dielectric layer enclosed between them, characterized in that the dielectric layer is made of material based on ferroelectric sodium nitrite (NNO 2 ) nanoclusters enclosed in a porous dielectric matrix with controlled dimensions and topology, which allows them to be uniformly distributed throughout the matrix.
Figure 00000001
RU2007142193/22U 2007-11-15 2007-11-15 ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS RU75784U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142193/22U RU75784U1 (en) 2007-11-15 2007-11-15 ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007142193/22U RU75784U1 (en) 2007-11-15 2007-11-15 ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU75784U1 true RU75784U1 (en) 2008-08-20

Family

ID=39748451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007142193/22U RU75784U1 (en) 2007-11-15 2007-11-15 ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU75784U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012008866A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Общество С Ограниченной Ответственностыо "Бapгah Texhoлoджи" Multilayered nanocomposite for capacitors and method for manufacturing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012008866A1 (en) * 2010-07-14 2012-01-19 Общество С Ограниченной Ответственностыо "Бapгah Texhoлoджи" Multilayered nanocomposite for capacitors and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang Enhanced dielectric properties of three-phase-percolative composites based on thermoplastic-ceramic matrix (BaTiO3+ PVDF) and ZnO radial nanostructures
Rocha et al. Multimaterial 3D printing of graphene-based electrodes for electrochemical energy storage using thermoresponsive inks
Mardare et al. Ultra‐thin anodic alumina capacitor films for plastic electronics
Parida et al. Fast charging self-powered electric double layer capacitor
Yang et al. Modified carbon nanotube composites with high dielectric constant, low dielectric loss and large energy density
Gao et al. Chemical activation of carbon nano-onions for high-rate supercapacitor electrodes
Zhang et al. Influence of microstructure on the capacitive performance of polyaniline/carbon nanotube array composite electrodes
Dong et al. Enhancing capacitive deionization performance of electrospun activated carbon nanofibers by coupling with carbon nanotubes
Wang et al. Ni (OH) 2 nanoflakes electrodeposited on Ni foam-supported vertically oriented graphene nanosheets for application in asymmetric supercapacitors
Huang et al. Preparation and polarization of 0–3 cement based piezoelectric composites
Dong et al. Hierarchically structured graphene-based supercapacitor electrodes
Sun et al. Polyvinyl alcohol/carbon fibers composites with tunable negative permittivity behavior
He et al. Structure and dielectric properties of barium titanate thin films for capacitor applications
Liu et al. Effects of slurry composition on the properties of 3-1 type porous PZT ceramics prepared by ionotropic gelation
Ku et al. Characterization of graphene-based supercapacitors fabricated on Al foils using Au or Pd thin films as interlayers
Torres‐Canas et al. Inkjet printing of latex‐based high‐energy microcapacitors
Xing et al. Properties of the BaTiO3 coating prepared by supersonic plasma spraying
Chuang et al. The electrochemical characteristics of binary manganese–cobalt oxides prepared by anodic deposition
He et al. Novel syndiotactic polystyrene/BaTiO3-graphite nanosheets three-phase composites with high dielectric permittivity
Wang et al. Effects of dielectric thickness on energy storage properties of surface modified BaTiO3 multilayer ceramic capacitors
Moyano et al. Strong and light cellular silicon carbonitride–Reduced graphene oxide material with enhanced electrical conductivity and capacitive response
Xu et al. Effect of supercritical CO 2 on fabrication of free-standing hierarchical graphene oxide/carbon nanofiber/polypyrrole film and its electrochemical property
RU75784U1 (en) ELECTRIC CAPACITOR WITH HIGH DIELECTRIC PERMISSIBILITY BASED ON FERROELECTRIC NANOCLUSTERS
Kim et al. High-density BaTiO3–Cu composite films with optimized BaTiO3 matrix for embedded capacitors
Wu et al. Achieving ultrabroad temperature stability range with high dielectric constant and superior energy storage density in KNN–based ceramic capacitors

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20131116