PL229471B1 - Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości - Google Patents
Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwościInfo
- Publication number
- PL229471B1 PL229471B1 PL410683A PL41068314A PL229471B1 PL 229471 B1 PL229471 B1 PL 229471B1 PL 410683 A PL410683 A PL 410683A PL 41068314 A PL41068314 A PL 41068314A PL 229471 B1 PL229471 B1 PL 229471B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- amount
- weight
- ceramic
- water
- ceramic powder
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 229920003009 polyurethane dispersion Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 9
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 4
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 claims description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical group [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 2
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 claims description 2
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920005822 acrylic binder Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WPKYZIPODULRBM-UHFFFAOYSA-N azane;prop-2-enoic acid Chemical compound N.OC(=O)C=C WPKYZIPODULRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KLOIYEQEVSIOOO-UHFFFAOYSA-N carbocromen Chemical compound CC1=C(CCN(CC)CC)C(=O)OC2=CC(OCC(=O)OCC)=CC=C21 KLOIYEQEVSIOOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 claims description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 2
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001393 triammonium citrate Substances 0.000 claims description 2
- 235000011046 triammonium citrate Nutrition 0.000 claims description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims 1
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 claims 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N butane-1,4-diol Chemical compound OCCCCO WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004815 dispersion polymer Substances 0.000 description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 3
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 208000005072 Oncogenic osteomalacia Diseases 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 for example Chemical class 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920000909 polytetrahydrofuran Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 229940109382 3 count zithromax tri-pak Drugs 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002768 hydroxyalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M sodium;2-methylprop-2-enoate Chemical compound [Na+].CC(=C)C([O-])=O SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika - polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości polega na zmieszaniu proszku ceramicznego w ilości 20 - 65% wag. i wody w ilości 35 - 80% wag. wraz z następującymi składnikami masy lejnej w ilościach odnoszących się do masy proszku ceramicznego: spoiwo w ilości 0,3 - 50% wag., upłynniacz w ilości 0,10 - 5,0% wag., plastyfikator w ilości 0 - 50% wag., alkohol etylenowy w ilości 0 - 1,0% wag. oraz środki powierzchniowo czynne w ilości 0 - 0,5% wag., a następnie wylaniu odpowietrzonej, jednorodnej masy ceramicznej do formy lub na gładkie podłoże, wyjęciu kształtki z formy lub zdjęciu folii z podłoża po wysuszeniu. Sposób charakteryzuje się tym, że jako spoiwo stosuje się dyspersje poliuretanowe na bazie wody, dyspersje poliuretanowo - silikonowe na bazie wody, polimerowe spoiwa akrylowe, wodne roztwory polimerów akrylowych lub ich mieszaniny.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika-polimer, metodą opartą na układach koloidalnych o niskiej toksyczności, w celu zapewnienia przestrajalności przenikalności dielektrycznej dla wysokich częstotliwości.
Wśród metod formowania folii ceramicznych opartych na układach koloidalnych w literaturze naukowej i patentowej można wyróżnić m.in. procesy odlewania żelowego (ang. gelcasting), żelowego odlewania folii (ang. gel-tape casting) oraz procesy odlewania folii (ang. tape casting).
Pierwsze wzmianki o wykorzystaniu metody odlewania folii pojawiły się ponad 60 lat temu i szybko została ona zaadaptowana do produkcji przemysłowej np. ogniw paliwowych. Otrzymywanie nowych, elastycznych polimerów przewodzących w znacznym stopniu skierowało zainteresowanie naukowców pracujących nad nowoczesnymi rozwiązaniami w kierunku elastycznych ogniw paliwowych, elementów baterii słonecznych, oraz tranzystorów.
W dziedzinie zaawansowanej elektroniki niezwykle ważne jest zachowanie jednorodności składu materiału w całej objętości elementu, lub kontrolowany gradient parametrów materiału, co jest niezwykle trudne do osiągnięcia w procesie technologicznym. Restrykcyjne wymogi w odniesieniu do właściwości materiałów spowodowały szybki rozwój takich metod wytwarzania cienkich warstw do zastosowań elektronicznych jak: napylanie jonowe, drukowanie 3D i pulsacyjne osadzanie laserowe (B. Panda, A. Dhar, G.D. Nigam, D. Bhattacharya, S.K. Ray, Thin Solid Films 332 (1998) 46-49, R. Thielsch, K. Kaemmer, B. Holzapfel,mL. Schultz, Thin Solid Films 301 (1997) 203-210, Haibo Zhang, Shenglin Jiang, Jianzhong Xiao, Koji Kajiyoshi, J. European Ceramic Society 30 (2010) 3157-3165). Metody te pozwalają na otrzymywanie cienkich warstw o odpowiednich parametrach do zastosowań w elektronice, a przy tym umożliwiają operowanie w wysokich częstotliwościach, jednak są to warstwy nieelastyczne.
Bardzo istotną cechą materiałów przeznaczonych do zastosowań w elektronice jest ich przestrajalność definiowana jako zmiana wartości względnej stałej dielektrycznej (e = prZy zmianie przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego, uwzględnieniem geometrii próbki, gdzie ε(ο) to przenikalność dielektryczna bez przyłożonego pola, a e(u) to przenikalność dielektryczna w zewnętrznym polu elektrycznym. Wysoka przestrajalność układów elektrycznych w znaczny sposób poszerza ich zastosowanie i pozwala na sterowanie ich parametrami. Mogą one być zastosowane jako detektory oraz stanowić część układów nadawczo-odbiorczych, filtrów. Dodatkowym atutem takich materiałów jest możliwość pracy w różnych zakresach częstotliwości, im w wyższych pasmach i szerszym zakresie tym lepiej. Zwłaszcza zakres sub-terahercowy i terahercowy stanowi zapomnianą lukę (ang. „forgotten gap”), ponieważ jest niewiele materiałów mogących pracować w tym zakresie częstotliwości, zwłaszcza w pokojowej temperaturze.
Wytworzenie przestrajalnego materiału, z powodu wysokich wartości stałej dielektrycznej, wymaga naniesienia na płytki podłożowe bardzo cienkiej warstwy, nie grubszej niż kilkadziesiąt nanometrów, lub 0,01 μm gdy materiał jest domieszkowany i ustrukturyzowany (Robert Schafranek, Andre Giere, Adam G. Balogh, Thorsten Enza, Yuliang Zheng, Patrick Scheele, Rolf Jakoby, Andreas Klein, Journal of the European Ceramic Society 29 (2009) 1422-1442-, A.K. Tagantsev, V.O. Sherman, K.F. Astafiev, J. Venkatesh & N. Setter, Journal of Electroceramics, 11, 5-66, 2003). Pomimo stosowania dodatków polimerowych w celu poprawy właściwości dielektrycznych nie są to materiały elastyczne (A.K. Tagantsev, V.O. Sherman, K.F. Astafiev, J. Venkatesh & N. Setter, Journal of Electroceramics, 11, 5-66, 2003; Sung-Dong Cho, Sang-Yong Lee, Jin-Gul Hyun, Kyung-Wook Paik, Journal Of Materials Science: Materials In Electronics 16 (2005) 77-84)), co ogranicza możliwości ich stosowania.
Najczęściej stosowanymi proszkami ceramicznymi o właściwościach przestrajalnych są ferroelektryczne materiały, takie jak: tytanian baru, tytanian barowo-strontowy i ich domieszkowane tlenkami struktury. Przykładem materiału kompozytowego opracowanego do zastosowań w wysokich częstotliwościach może być BST-ZrO2 (US 5486491A). W celu wytworzenia warstwy proszek BST-ZrO2 mieszano ze spoiwem, przykładowo z wodną emulsją polimeru akrylowego, a następnie materiał ten został spieczony i sprasowany. Dodatek spoiwa miał na celu jedynie ułatwienie technologiczne wytwarzania warstwy, natomiast podczas spiekania i prasowania organiczne składniki zostały usunięte, a w konsekwencji uzyskana warstwa nie była elastyczna. Wprawdzie wyniki elektryczne otrzymanego materiału były zadawalające, jednak materiał ten nie spełnia oczekiwań jako element układów prze
PL 229 471 Β1 znaczonych do pracy mechanicznej, ponieważ wytworzone z niego warstwy są nieodporne na wstrząsy oraz tworzenie z nich bardziej rozbudowanych układów jest ograniczone.
W ostatnich latach widoczne są wysiłki naukowców, których celem jest stworzenie elastycznych, cienkich warstw kompozytowych o dużej jednorodności i bez gradientu gęstości (Agata Stempkowska, Andrzej Kochanowski, Piotr Izak, Ceramic Materials, 61, 2, (2009), 97-101, Zhifu Liu, Yiling Wang, Yongxiang Li, ABC Comb. Sci. 2012, 14, 205-210). I tak, z polskiego opisu patentowego PL200446 znany jest sposób wytwarzania kompozytu ceramika-polimer do zastosowań mikrofalowych polegający na tym, że proszek ferroelektryczny miesza się ze spoiwem polimerowym, ewentualnie z plastyfikatorem, środkiem upłynniającym, środkiem powierzchniowo czynnym, z dodatkiem rozpuszczalnika organicznego lub wody. Otrzymaną masę wylewa się na podłoże, w celu otrzymania kompozytu w postaci folii o grubości od 0,05 do 1 mm, lub z masy plastycznej metodą wytłaczania lub prasowania formuje się kształtki kompozytu, którego względna przenikalność dielektryczna wynosi od 1,1 do 20, przestrajalność nie jest niższa niż 20%, a tangens strat dielektrycznych w zakresie mikrofal nie jest wyższy niż 0,05. Na folię lub kształtki nanosi się następnie znanym sposobem warstwę przewodzącą ze srebra, złota lub innego metalu. Jako spoiwo stosuje się polimer o właściwościach hydrofobowych lub dyspersję polimeru hydrofobowego w wodzie. Najkorzystniej jako spoiwo polimerowe stosuje się poli(winylobutyral).
Kluczowym etapem tworzenia przestrajalnych kompozytów ceramiczno-polimerowych jest dobór polimeru. Nie wszystkie polimery pozwalają na uzyskanie szerokiego zakresu przestrajania materiału. Zastosowane w wynalazku według PL200446 polimery są rozpuszczalne wyłącznie w rozpuszczalnikach organicznych. Ze względu na silnie hydrofobowe właściwości proszku ceramicznego w kompozycie powstają wiązania pomiędzy proszkiem ceramicznym i polimerem, co powoduje blokowanie domen po przyłożeniu nacisku lub delikatnym rozciągnięciu. Hydrofobowe właściwości proszku ceramicznego powodują, że upłynnienie go w roztworze wodnym jest bardzo kłopotliwe i wymaga szczególnej dbałości o skład zastosowanych odczynników do przygotowania zawiesiny ceramicznej. Ponadto zastosowane materiały sprawiają, iż technologia przygotowania nie zalicza się do ekologicznych. W celu zmniejszenia toksyczności i poprawy parametrów elektrycznych materiału opracowano technologię wytwarzania cienkich, przestrajalnych, elastycznych folii z zastosowaniem ekologicznych wodorozcieńczalnych materiałów polimerowych.
Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika-polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości polega na zmieszaniu proszku ceramicznego w ilości 20-65% wag. i wody w ilości 35-80% wag. wraz z następującymi składnikami masy lejnej w ilościach odnoszących się do masy proszku ceramicznego: spoiwo w ilości 0,3-50% wag., upłynniacz w ilości 0,10-5,0% wag., plastyfikator w ilości 0-50% wag., alkohol etylenowy w ilości 0-1,0% wag. oraz środki powierzchniowo czynne w ilości 0-0,5% wag., a następnie wylaniu odpowietrzonej, jednorodnej masy ceramicznej do formy lub na gładkie podłoże, wyjęciu kształtki z formy lub zdjęciu folii z podłoża po wysuszeniu. Metoda według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako spoiwo stosuje się dyspersje poliuretanowe na bazie wody, dyspersje poliuretanowo-silikonowe na bazie wody, polimerowe spoiwa akrylowe, wodne roztwory polimerów akrylowych, lub ich mieszaniny. Jako proszek ceramiczny stosuje się BaxSri.xTiO3, gdzie 0,1 <x>1, domieszkowany tlenkami metali w stosunku molowym 0-20%. Wielkość ziarna ceramicznego proszku zawiera się w zakresie od 15 nm do 10 gm.
Korzystnie stosuje się dyspersję poliuretanową na bazie wody o stężeniu fazy stałej od 10 do 60% wagowych.
Korzystnie masę ceramiczną miesza się do zhomogenizowania zawiesiny i upłynnienia proszku ceramicznego w roztworze z wykorzystaniem ultradźwięków, np. z wykorzystaniem głowic ultradźwiękowych lub płuczek ultradźwiękowych.
Korzystnie jako proszek ceramiczny stosuje się BaxSri xTiO3 spiekany w temperaturze 1350°C w atmosferze tlenowej, syntezowany metodą sol-gel.
Korzystnie jako plastyfikator stosuje się glikol etylenowy lub wyższe glikole.
Jako proszek ceramiczny korzystnie stosuje się tytanian barowo-strontowy o różnej stechiometrii baru do strontu, w zależności od temperatury w której ma pracować kompozyt, domieszkowany tlenkami metali, takimi jak np.: tlenek miedzi, tlenek niklu, tlenek bizmutu, lub innymi znanymi dodatkami modyfikującymi budowę krystalograficzną ziarna i właściwości reologiczne masy lejnej. Jako upłynniacz korzystnie stosuje się Dispex A-40, Duramax D-3005 (roztwór soli amonowej polimeru akrylowego w wodzie, sól amonowa polielektrolitu), mieszaninę kwasu cytrynowego i wodorocytrynianu diamonu lub cytrynian triamonu lub poliakrylan amonu lub poli(metakrylan sodu) lub sól amonową
PL 229 471 Β1 poli(kwasu metakrylowego) lub wodorotlenek tetrametyloamoniowy. Jako plastyfikator stosuje się glikol etylenowy. Możliwe jest również zastosowanie wyższych glikoli. Korzystnie jest również zastosować dodatek alkoholu etylowego.
Spieczony i zmielony proszek ferroelektryczny wraz ze spoiwem, rozpuszczalnikiem, upłynniaczem i plastyfikatorem po wymieszaniu tworzy folie w stanie surowym („green tape”). Ksztahka poddawana jest suszeniu w temperaturze pokojowej, lub podwyższonej do 100°C.
Wodne dyspersje poliuretanowe i poliuretanowo-silikonowe wykorzystane według wynalazku do otrzymywania przestrajalnych kompozytów ceramiczno-polimerowych otrzymano metodą prepolimerowo-jonomerową, opisaną m.in. w: Tripak R.E., Markusch P.H.: J.Coat.Technol., 58, (738), 49(1986), w której związek zawierający ugrupowania będące prekursorami grup jonowych (zwykle grupy -COOH lub -SOsH) wbudowuje się do łańcucha na etapie tworzenia prepolimeru. Następnie otrzymany prepolimer neutralizuje się, otrzymując „prepolimero-jonomer”, który w kolejnym etapie emulguje się w wodzie i poddaje sieciowaniu. Otrzymany prepolimero-jonomer jest rozcieńczany niewielką ilością wysoko wrzącego rozpuszczalnika mieszającego się z wodą, który spełnia rolę koalescenta w procesie tworzenia filmu. W procesie otrzymywania dyspersji poliuretanowo-silikonowej jako składnik diolowy zastosowano polisiloksanodiol zakończony grupami hydroksyalkilowymi, zaś w procesie otrzymywania dyspersji poliuretanowej użyto politetrahydrofuran.
Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie surowego elementu kompozytowego lub cienkiej folii ceramiczno-polimerowej o grubości od 0,05 do 2 mm i o niskiej toksyczności. Zastosowanie jako spoiwa dyspersji polimerowych powstałych na bazie wody i roztworów wodnych polimerów zgodnie z wynalazkiem pozwoliło na uzyskanie stałej dielektrycznej, strat oraz przestrajalności o wartościach umożliwiających wykorzystanie folii w elektronice w całym zakresie częstotliwości, aż do częstotliwości terahercowych. Powierzchnia otrzymanych folii charakteryzuje się niewielką chropowatością, co ułatwia nanoszenie na jej powierzchni kontaktów w celu zapewnienia przyłożenia zewnętrznego pola niezbędnego do charakteryzacji materiału. Zastosowane według wynalazku spoiwo w kompozycie ceramiczno-polimerowym pozwala uzyskiwać parametry przestrajania w temperaturze od -20 do +100°C, poprzez zastosowanie różnej stechiometrii baru do strontu w proszku ceramicznym. Jest to uwarunkowane budową krystalograficzną mającą wpływ na temperaturę Curie ferroelektryka, w której następuje przejście z formy ferroelektrycznej w paraelektryczną. Podstawienie atomu strontu w miejsce baru w strukturze krystalograficznej powoduje obniżenie temperatury krytycznej (czyli Curie). Stąd w temperaturze pokojowej przestrajalny jest proszek o stosunku baru do strontu 65:35 (Bao,6sSro,35Ti03). W przypadku kompozytu obserwujemy niewielkie przesuniecie tej temperatury w zależności od zastosowanego polimeru.
Materiały otrzymane sposobem według wynalazku szybciej i efektywniej ulegają relaksacji. Proces wytwarzania materiałów nie jest tak wymagający pod względem doboru dodatków, a ponadto same dyspersje polimerowe mogą łączyć funkcję spoiwa z funkcją plastyfikatora lub upłynniacza.
Dodatkowym atutem zastosowania spoiw na bazie wody jest możliwość tworzenia warstw przyjaznych dla człowieka, nie powodujących podrażnień, a tym samym nadających się do stosowania jako część ubioru, nadrukowanego wzoru na materiałach lub pozwalających na styczność ze skórą człowieka. Brak toksyczności zastosowanego rozpuszczalnika, a także polimeru pozwala na wykorzystanie wynalazku w ekologicznym procesie technologicznym. Folie kompozytowe otrzymane sposobem według wynalazku są niezwykle elastyczne. Przy doborze odpowiednich parametrów mogą stanowić idealny materiał filtrów z tłumieniem w wąskim paśmie częstotliwości.
Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.
Przykład 1.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.sSro^TiOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano jako spoiwo dyspersję polimerową poliuretanową syntezowaną z poli (glikol tetrametylenowy) o stosunku grup -NCO : -OH jak 1,79:1, oraz pH między 7,9-8,2. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 12,0 g Bao.sSro^TiOs z domieszką 5%moi. tlenku niklu o średniej wielkości ziarna 0,75 μηι, łącznie 4,09 g wody obecnej w upłynniaczu i spoiwie, 6,26 g wodnego 21,67%-owego roztworu wodnego dyspersji polimerowej, 0,1 g glikolu etylenowego, 0,06 g kopolimeru poliestru i poliaminy (KD1, Hypermer™), 0,01 g alkoholu etylenowego. Masę mieszano w młynie przez 1 godzinę, a następnie odpowietrzano ją pod obniżonym ciśnieniem.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
PL 229 471 Β1
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 94% w polu elektrycznym o wartości 3,7V^m przy częstotliwości 20 GHz w temperaturze 21°C.
Przykład 2.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.esSro.ssTiOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano jako spoiwo dyspersję polimerową poliuretanową syntezowaną z poli (glikol tetra metyl en owy) o stosunku grup -NCO : -OH jak 1,79:1, oraz pH między 7,9-8,2. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 12,0 g Bao.esSro^TIOs z domieszką 5%moi. tlenku niklu o średniej wielkości ziarna 0,75 μm, łącznie 4,09 g wody, 6,26 g wodnego 21,67% roztworu wodnego dyspersji polimerowej, 0,1 g glikolu etylenowego, 0,06 g KD1, 0,01 g alkoholu etylenowego. Masę mieszano w młynie przez 1 godzinę, a następnie odpowietrzano ją pod obniżonym ciśnieniem.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 22% w polu elektrycznym o wartości 3,2 ν/μηι przy częstotliwości 20GHz w temperaturze 2ΓΟ.
Przykład 3.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.esSro.ssTIOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano jako spoiwo dyspersję polimerową poliuretanową syntezowaną z poli (glikol tetra metyl en owy) o stosunku grup -NCO : -OH jak 1,79:1, oraz pH między 7,9-8,2. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 12,0 g Bao.esSro^TIOs, bez domieszki, o średniej wielkości ziarna 0,65 μm, łącznie 4,09 g wody, 6,26g wodnego 21,67% roztworu wodnego dyspersji polimerowej, 0,1 g glikolu etylenowego, 0,06 g KD1, 0,01g alkoholu etylenowego. Masę mieszano w młynie przez 1 godzinę, a następnie odpowietrzano ją pod obniżonym ciśnieniem.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 72% w polu elektrycznym o wartości 3,6 ν/μηι przy częstotliwości 20 GHz w temperaturze 2ΓΟ.
Przykład 4.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.esSro.ssTIOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano jako spoiwo dyspersję polimerową poliuretanową syntezowaną z poli (glikol tetra metyl en owy) o stosunku grup -NCO : -OH jak 1,79:1, oraz politetrahydrofuranu (prod. BASF) o masie cząsteczkowej ok. 2000, o pH między 8,2-8,5. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 9,0 g Bao,6sSro,35Ti03 z domieszką 5%moi. tlenku niklu o średniej wielkości ziarna 0,75 μm, łącznie 3,58 g wody, 4,57 g wodnego 21,67% roztworu wodnego dyspersji polimerowej, 0,1 g glikolu etylenowego, 0,5 g polietylenoiminy, 0,01 g alkoholu etylenowego. Masę mieszano w młynie przez 1 godzinę, a następnie odpowietrzano ją pod obniżonym ciśnieniem.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 4% przy przyłożonym napięciu o wartości 0,5 V/μm przy częstotliwości 20 GHz.
Przykład 5.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.esSro.ssTiOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano spoiwo polimerowe na bazie poliakrylanów. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 54,89 g Bao,6sSro,35Ti03 z domieszką 5%moi. tlenku niklu o średniej wielkości ziarna 0,6 μm, łącznie 11 g wody, 2,35 g wodnego 35% roztworu wodnego polimeru akrylowego Duramax D-3005, 7,81 g 35% roztworu wodnego polimeru akrylowego Duramax B1000, 0,16 g oktanolu jako środka powierzchniowo czynnego. Masę mieszano mieszadłem mechanicznym przez 1 godzinę z zastosowaniem ultradźwięków w celu upłynnienia proszku ceramicznego.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 30% przy przyłożonym napięciu o wartości 3,1 ν/μηι przy częstotliwości 20 GHz w temperaturze 2ΓΟ.
Przykład 6.
W formowaniu proszków ceramicznych z Bao.esSro.ssTiOs metodą odlewania cienkich folii zastosowano spoiwo polimerowe na bazie poliakrylanów. Sporządzono ceramiczną masę lejną zawierającą 68,61 g Bao,6sSro,35Ti03 z domieszką 5%moi. tlenku niklu o średniej wielkości ziarna 0,6 μm, łącznie 9,34 g wody, 2,94 g wodnego 35% roztworu wodnego polimeru akrylowego Duramax D-3005, 11,66 g
PL 229 471 Β1
35% roztworu wodnego polimeru akrylowego Duramax B1000, 0,205 g oktanolu jako środka powierzchniowo czynnego. Masę mieszano mieszadłem mechanicznym przez 1 godzinę z zastosowaniem ultradźwięków w celu upłynnienia proszku ceramicznego.
Otrzymaną zawiesinę wylano na podłoże. Otrzymane folie suszono przez 72 h w temperaturze pokojowej.
Uzyskane folie charakteryzują się przestrajalnością ok. 34% przy przyłożonym napięciu o wartości 3,6 ν/μηι przy częstotliwości 20 GHz w temperaturze 2ΓΟ.
Claims (9)
1. Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika-polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości polegający na zmieszaniu proszku ceramicznego w ilości 2065% wag. i wody w ilości 35-80% wag. wraz z następującymi składnikami masy lejnej w ilościach odnoszących się do masy proszku ceramicznego: spoiwo w ilości 0,3-50% wag., upłynniacz w ilości 0,10-5,0% wag., plastyfikator w ilości 0-50% wag., alkohol etylenowy w ilości 0-1,0% wag. oraz środki powierzchniowo czynne w ilości 0-0,5% wag., a następnie wylaniu odpowietrzonej, jednorodnej masy ceramicznej do formy lub na gładkie podłoże, wyjęciu kształtki z formy lub zdjęciu folii z podłoża po wysuszeniu, znamienny tym, że jako spoiwo stosuje się dyspersje poliuretanowe na bazie wody, dyspersje poliuretanowo-silikonowe na bazie wody, polimerowe spoiwa akrylowe, wodne roztwory polimerów akrylowych, lub ich mieszaniny.
2. Sposób według zastrz. 1., znamienny tym, że stosuje się dyspersję poliuretanową na bazie wody o stężeniu fazy stałej od 10 do 60% wagowych.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że masę ceramiczną miesza się do zhomogenizowania zawiesiny i upłynnienia proszku ceramicznego w roztworze z wykorzystaniem ultradźwięków.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako proszek ceramiczny stosuje się BaxSri.xTiO3, gdzie 0,1 <x>1, domieszkowany tlenkami metali w stosunku molowym 0-20%.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że tlenek metalu jest wybrany spośród tlenku miedzi, tlenku niklu, tlenku bizmutu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wielkość ziarna proszku ceramicznego zawiera się w zakresie od 15 nm do 10 μm.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako proszek ceramiczny stosuje się BaxSri xTiO3 spiekany w temperaturze 1350°C w atmosferze tlenowej, syntezowany metodą sol-gel.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako plastyfikator stosuje się glikol etylenowy lub wyższe glikole.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako upłynniacz stosuje się roztwór soli amonowej polimeru akrylowego w wodzie lub sól amonową polielektrolitu, mieszaninę kwasu cytrynowego i wodorocytrynianu diamonu lub cytrynian triamonu lub poliakrylan amonu lub polimetakrylan sodu) lub sól amonową poli(kwasu metakrylowego) lub wodorotlenek tetrametyloamoniowy lub kopolimer poliestru i poliaminy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL410683A PL229471B1 (pl) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL410683A PL229471B1 (pl) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL410683A1 PL410683A1 (pl) | 2016-06-20 |
| PL229471B1 true PL229471B1 (pl) | 2018-07-31 |
Family
ID=56120780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL410683A PL229471B1 (pl) | 2014-12-19 | 2014-12-19 | Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL229471B1 (pl) |
-
2014
- 2014-12-19 PL PL410683A patent/PL229471B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL410683A1 (pl) | 2016-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rahman et al. | Field induced strain response of lead-free BaZrO3-modified Bi0. 5Na0. 5TiO3–BaTiO3 ceramics | |
| Zang et al. | Bi1/2Na1/2TiO3–BaTiO3 based thick-film capacitors for high-temperature applications | |
| Xu et al. | Structure, piezoelectric properties and ferroelectric properties of (Na0. 5Bi0. 5) 1− xBaxTiO3 system | |
| Jiang et al. | Dielectric properties of Mn-doped (Na0. 8K0. 2) 0.5 Bi0. 5TiO3 ceramics | |
| Ba et al. | Comparison of aqueous-and non-aqueous-based tape casting for preparing YAG transparent ceramics | |
| Reyes-Montero et al. | Lead-free Ba0. 9Ca0. 1Ti0. 9Zr0. 1O3 piezoelectric ceramics processed below 1300° C | |
| Hao et al. | Relaxor behavior and dielectric properties of (La, Ta)-modified (K0. 5Na0. 5) NbO3 lead-free ceramics | |
| Cen et al. | Effect of Zr4+ substitution on thermal stability and electrical properties of high temperature BiFe0. 99Al0. 01O3–BaTi1− xZrxO3 ceramics | |
| Sumang et al. | Large strain in lead-free piezoelectric (1− x− y) Bi0. 5Na0. 5TiO3–xBi0. 5K0. 5TiO3–yBi0. 5Li0. 5TiO3 system near MPB prepared via the combustion technique | |
| Jarupoom et al. | Development of electrical properties in lead-free bismuth sodium lanthanum titanate–barium titanate ceramic near the morphotropic phase boundary | |
| van Quyet et al. | Effect of Li2CO3 addition on the structural, optical, ferroelectric, and electric-field-induced strain of lead-free BNKT-based ceramics | |
| Maqbool et al. | Structure and temperature dependent electrical properties of lead-free Bi0. 5Na0. 5TiO3-SrZrO3 ceramics | |
| Tian et al. | Diffusion phase transition and dielectric characteristics of Bi0. 5Na0. 5TiO3–Ba (Hf, Ti) O3 lead-free ceramics | |
| Syed et al. | Enhancement of the phase, optical and dielectric studies of Bi0. 5Na0. 5TiO3 (BNT) based structure ceramics | |
| Saleem et al. | Polarization and strain behaviors of 0.74 BiNaTiO3–0.26 SrTiO3/Bi0. 5 (Na0. 8K0. 2) 0.5 TiO3 ceramic composite | |
| Premkumar et al. | Improved ferroelectric and piezoelectric properties of tape casted free standing PSLZT thick films | |
| Fan et al. | Constrained sintering and electrical properties of BNT–BKT lead-free piezoceramic thick films | |
| PL229471B1 (pl) | Sposób wytwarzania przestrajalnych kompozytów ceramika- -polimer dla elektroniki wysokich częstotliwości | |
| Sekar et al. | X-ray diffraction and dielectric studies of a BaTiO3: PVDF composite | |
| Bhaskar Reddy et al. | Structural and dielectric characterization of Sr substituted Ba (Zr, Ti) O3 based functional materials | |
| Li et al. | Fabrication and characterization of Li1+ x− yNb1− x− 3yTix+ 4yO3 substrates using aqueous tape casting process | |
| CN111377710A (zh) | 微波介质陶瓷材料和介质陶瓷块的制备方法 | |
| Wang et al. | The synergistic effect of cold sintering and reaction sintering on BST tape casting sheets | |
| Pardo et al. | Enhanced properties for ultrasonic transduction, phase transitions and thermal depoling in 0.96 (Bi0. 5Na0. 5) TiO3-0.04 BaTiO3 submicrometre-structured ceramics | |
| JP7590863B2 (ja) | エレクトレットの製造方法 |