电介质材料

       电介质材料主要包括电容器介质材料和微波介质材料两大体系。课题组着重于电容器介质与微波介质材料,设计并发展新型陶瓷介电材料,包含有机材料、无机材料、有机-无机复合材料等。近年来,课题组在下述方向进行深入研究并取得一系列成果。

 

微波介质材料
Microwave Dielectric

低温共烧陶瓷技术
LTCC

多层陶瓷电容器
MLCC

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       高品质因数微波介质陶瓷广泛应用于介质谐振器及滤波器等,为满足微波器件向高集成化、小型化、高可靠性方向发展,微波介质需要具有高介电常数、低介电损耗及近零温度系数。本课题组利用固溶体及复合陶瓷技术,开发了谐振频率温度系数近零的K18~K23,K25~K27高品质因数(Qf>85,000GHz)、K34~K46高品质因数(Qf>45,000GHz)、K65高品质因数(Qf>15,500GHz)及K75~K86高品质因数(Qf>9,000GHz)的具有自主知识产权的系列化微波介质陶瓷。
       低温共烧陶瓷技术是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术,因其优异的电子、热力学等特性已成为未来电子元件集成化、模块化的首选方式。本课题组通过添加烧结助剂的方法,以液相烧结的形式降低微波介质陶瓷烧结温度,研发了一系列可以在900℃致密烧结的K5~K65型微波介质陶瓷。进一步以低共熔点单相化合物为基础,在不添加任何烧结助剂的前提下,通过传统固相反应法在多个多元体系中,研发出涵盖低K(<20)、中K(20~40)及高K(>40)系列新型超低温烧结(烧结温度<660℃)微波介质陶瓷。
       多层陶瓷电容器是由陶瓷介质层和金属电极交互水平叠层而成。由于 MLCC 器件电容量高且体积小巧,是陶瓷电容器最主要的一种应用形式,也是现代电子行业中最广泛使用的被动电子元器件之一。本课题组利用BaTiO3基、(Na0.5Bi0.5)TiO3基等无铅弛豫铁电粉体制备了高功率脉冲电容器的原型器件,具有电容值较高、耐击穿场强高、功率密度大等特点。

 

 

 

储能电容器材料
Energy Storage

微波吸收材料
Microwave Absorption

高频/储能/吸波功能复合介质材料Functional Composite Material

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       在(K, Na) NbO3中,以相场模拟为引导,驱动铁电陶瓷的特定温区至室温以诱导极性纳米微区产生,再利用反复辊压工艺进一步提高其击穿场强的组合优化策略在基弛豫铁电陶瓷中实现了的可恢复能量密度和储能效率的显著提高,Wrec=6.7 J·cm-3, η=92%。
DOI: 10.1002/adfm.202111776

       基于磁电协同的原则,设计制备出一系列具有“薄”、“轻”、“宽”、“强”的磁电复合类微波吸收材料。解决单一组分性能不足的本征问题;系统性地优化磁性组分与介电组分复合方式并建立精准调控异质界面的方式;引入数据驱动的研究范式,建立“微观形貌-电磁参数-吸收性能”的理论模型,结合利用先进的表征手段从原子结构揭示其微观机理,构建磁电复合型吸波材料设计和性能调控的指导策略。

  采用原位聚合法和流延法制备得到PI/MgO纳米复合材料,使用有限元法模拟分析了PI/MgO复合材料的击穿机理,在超低填料含量下, 150℃时获得的放电能量密度为4.78 J/cm3,显著优于大多数报道的介电聚合物和纳米复合材料。
DOI: 10.1002/adfm.202204155.