一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物及其制备方法

本发明涉及电子材料领域中具有优异光致介电响应特性的化合物及其制备方法，尤其是指一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物及其制备方法。

背景技术：

1、在现代电子产品中，电容器是非常重要的一类器件，其应用非常广泛，无论是家用电器、交通设施，还是在通讯业、制造业、公共工程、航空航天甚至国防领域，电容器在这些领域都发挥着举足轻重的作用。介电材料作为电容器中重要的组成部分，其性能优劣，直接决定了电容器的质量，因此，具有优异物理性能的介电材料已经被众多研究者作为重要课题进行了深入的研究。目前电子器件日益向微型化、高度集成化和更优异性能化的方向发展，现有的介电材料已经不能满足电子工业的实际应用要求，急需研发出介电性能更加优异(高介电、低损耗并且具有很好的频率及环境稳定性)的新型介电材料以及光可控、声可控、乃至磁可控等具有全新性能的介电材料。尽管光敏特性属于电导、电输运范畴，而严格意义的介电特性属于绝缘范畴，针对光调制低频介电特性的研究，在看似矛盾和对立的现象背后，隐藏着许多不为人知的奥秘，绝不仅仅是光生电流那么简单，仍然有大量的科技工作者致力于探索光致介电响应现象和机理。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种过渡金属氧化物化合物，该化合物在室温均表现出优异的低频光致介电常数增大和损耗降低的特性，并表现出优异的耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性。

2、为达上述目的，本发明提出一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，具体为：

3、步骤1：钙钛矿结构化合物smtixcr1-xo3(x＝0.02～0.06)样品采用高温固相反应法合成。用精度为0.0001g的电子天平按照原子配比化学剂量精确称重99.99％高纯的氧化钐、氧化铬、氧化钛三种试剂，从而得到原子比sm:ti:cr＝1:x:(1-x)配比的混合氧化物。

4、步骤2：将称量好的三种氧化物粉末放在玛瑙研钵中手工研磨约1小时或添加无水乙醇球磨机球磨3小时，保证充分混合就行。然后放置于高温炉内烧结10小时(烧结温度1400℃)，之后再按照同样的条件研磨粉粒至800目上下，再次烧结，上述研磨和烧结流程共进行3次，以便其充分反应。(让固体粉末多次高温中反应，就是固相反应)

5、步骤3：最后将烧制后的化合物再次研磨，与步骤2一样。并将粉末称量一定重量放入压片模具中，通过压片机压片制样，制备成直径8mm，厚度约为1.0～1.2mm的圆片，在炉中再以1450℃烧结12小时，之后以3℃/分钟冷却。烧完之后得到是圆片。

6、步骤4：在商业化的分析测试中心，采用x射线衍射仪表征所制备试样圆片的晶体结构；使用扫描电子显微镜检测试样圆片的表面形貌和微观结构。

7、步骤5：在试样圆片的两面采用磁控溅射约30纳米厚的半透明的金薄膜作测量电极，两电极，并用银胶粘接导线，分别对应连接阻抗分析仪6500b的引出电极，设置介电常数、损耗和频率等参数，检测试样圆片的介电常数和介电损耗与频率的相关性，测试频率范围从100hz～1mhz、检测温度室温。检测可在黑暗和光照状态下分别测试，光源采用长春光学仪器厂生产的低压白光光源(内置12v、100w乌卤素灯)，通过开关控制光源的亮灭，距离远近实现光强度的调节。

8、本发明的优点及有益效果在于：现有光响应介电材料的光源大多需要采用频率能量更高的紫外光甚至激光，很少见常规可见光灯作光源。另外在室温温度附件，现有介电材料光响应介电常数很难达到100％的增加，尤其是介电损耗正切也同样变大，这极大限制了这些光介电材料的实际应用。本发明中钙钛矿结构化合物smtixcr1-xo3在可见光作用下的介电常数在低频段可增加300％以上(最大500％左右)，且介电损耗正切反而降低，为光可控电容器中理想的实用的材料。

技术特征：

1.一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，选择手工研磨1小时或添加无水乙醇球磨机球磨3小时。

3.根据权利要求1所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，烧结温度为1400℃。

4.根据权利要求1所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：在步骤2中，之后再按照同样的条件研磨粉粒至800目左右，再次烧结，上述研磨和烧结流程共进行3次，以便其充分反应。

5.根据权利要求1所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：在步骤3中，制备成直径8mm，厚度约为1.0～1.2mm的圆片。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：采用x射线衍射仪表征所制备试样圆片的晶体结构；使用扫描电子显微镜检测试样圆片的表面形貌和微观结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：在试样圆片的两面采用磁控溅射约30纳米后的半透明的金薄膜作测量电极，两电极，并用银胶粘接导线，分别对应连接阻抗分析仪6500b的引出电极，设置介电常数、损耗和频率参数，检测试样圆片的介电常数和介电损耗与频率的相关性，测试频率范围从100hz～1mhz、检测温度是室温。

8.根据权利要求7所述的一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物的制备方法，其特征在于：检测在黑暗和光照状态下分别测试，光源采用长春光学仪器厂生产的低压白光光源，内置12v、100w乌卤素灯，通过开关控制光源的亮灭，距离远近实现光强度的调节。

9.一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物，其特征在于：采用如权利要求1所述的制备方法所制得。

技术总结本发明提供一种耐直流偏压和交变电压的光敏介电特性的钙钛矿结构化合物及其制备方法，由4N高纯的氧化钐、氧化铬、氧化钛等试剂充分混合高温烧结得到的SmTi<subgt;x</subgt;Cr<subgt;1‑x</subgt;O<subgt;3</subgt;(x＝0.02～0.06)化合物。用33MPa压力制成直径8毫米厚度约1毫米的圆饼试样，1400℃再次烧结12小时，降温至室温。在饼的两面采用磁控溅射半透明的金薄膜作测量电极。卤素可见光灯作光源，单光源单面照射方式，样品表面光强度可调，最大200mW/cm<supgt;2</supgt;，在黑暗和光照状态分别测试交变电压(0.1V～1.0V)和直流偏压(‑10V～10V)下的100～10<supgt;6</supgt;Hz介电常数和损耗。计算光介电常数的变化率，在低频100～1000Hz段，光介电常数急剧增加，变化率可达500％，同时损耗角正切反而变低。而这些光介电特性不随直流偏压和交变电压改变，呈现优异的抗电压能力。这些特性表明这种新型氧化物在电子技术与光电工程方面具有广阔的应用前景。技术研发人员：崔益民,张若轩,李瑞,陈彦受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13