中國粉體網(wǎng)訊  多層陶瓷電容器（MLCC）是電子線路中不可或缺的基礎無源電子元器件，被譽為“電子工業(yè)大米”。隨著移動通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術的快速發(fā)展，相關電子設備的功能集成模塊對MLCC的需求量逐年增加。目前，產(chǎn)量最大的MLCC型號是EIA-X7R，其電容溫度系數(shù)可以在-55℃至125℃之間保持小于15%。盡管此類MLCC能夠滿足大多數(shù)溫度場景應用需求，但對于新興的航空航天和新能源汽車等應用仍然面臨極大的挑戰(zhàn)。在這些高科技領域中，需要MLCC在極寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作以應對極端惡劣的工作環(huán)境�，F(xiàn)有商業(yè)II類MLCC主體瓷料主要依賴于鈦酸鋇（BT）鐵電陶瓷，雖然其介電常數(shù)很高，但固有的低居里溫度（TC~120℃）使得這種材料即使通過復合摻雜與“芯殼”結(jié)構設計也難以將工作溫度上限延伸至300℃。因此，尋找新的高介超寬溫電容器瓷料并進行工業(yè)MLCC制造驗證至關重要。

北京工業(yè)大學侯育冬教授團隊與北京元六鴻遠電子科技股份有限公司合作，通過精細的組分設計，在0.69(0.8Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.2K_0.5Bi_0.5TiO₃)-0.31NaTaO₃(NBT-KBT-0.31NT)體系中構建出P4bm + Pbnm + R3c類型的極性納米微區(qū)（PNRs）組合。研究發(fā)現(xiàn)，相對于P4bm + R3c與P4bm + Pbnm組合類型，新的三元PNRs組合類型有利于在超寬溫區(qū)內(nèi)平衡高介電常數(shù)與溫度穩(wěn)定性的關系，進而獲得綜合介電品質(zhì)優(yōu)良的介電陶瓷。進一步，采用工業(yè)流延、絲網(wǎng)印刷與共燒技術制作出標準尺寸1812型的NBT-KBT-0.31NT MLCC。研究團隊通過優(yōu)化層壓壓力與共燒溫度，實現(xiàn)介電層與鉑內(nèi)電極間緊密的異質(zhì)界面結(jié)合，構建的 MLCC在-61℃-306℃超寬溫范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定的高介電常數(shù)（εr =907±15%）與低介電損耗（tanδ≤ 0.025），同時兼具優(yōu)異的高溫絕緣特性。

該工作表明調(diào)制弛豫鐵電體PNRs組合類型是設計超寬溫MLCC的有效策略。相關成果以“Boosting ultra-wide temperature dielectric stability of multilayer ceramic capacitor through tailoring the combination types of polar nanoregions”為題發(fā)表于中科院一區(qū)期刊《Journal of Materiomics》，通訊作者為侯育冬教授，碩士研究生劉嘉成和博士研究生席凱彪為論文的共同一作，北京工業(yè)大學為第一通訊單位，合作單位為北京元六鴻遠電子科技股份有限公司。

上述工作得到了國家自然科學基金和北京市自然科學基金等項目的資助。

圖1. 超寬溫MLCCs設計策略示意圖： PNRs組合類型調(diào)制與器件異質(zhì)界面結(jié)構優(yōu)化

圖2. (a) NBT-KBT-0.31NT粉體的粒徑分布；(b) NBT-KBT-0.31NT流延膜的光學照片；(c) 不同層壓壓力NBT-KBT-0.31NT MLCC的超聲無損探測掃描圖像；(d) MLCC尺寸測量光學照片；(e) MLCC橫截面掃描照片；（f-k）Na、K、Bi、Ti、Ta和Pt元素分布；(l) MLCC橫截面Pt元素線掃分析

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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