面向超构电容器的负介电材料设计及正-负介电协同增强机理
批准号:
51771104
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
刘峣
依托单位:
学科分类:
金属功能材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
张子栋、解培涛、孙凯、王忠阳、侯传信、武玉琳、屈云鹏
中文摘要
“中国制造2025” 对电子工业中新型电容器的研发提出了小型化、高频化和高容量的迫切需求,传统电容器材料在高频下介电常数大幅下降,已成为制约该领域发展的瓶颈。针对该问题本项目提出,将负介电材料与正介电材料以叠层形式构建超构电容,利用正-负介电协同效应实现高频下的介电增强。研究金属功能体组分、形貌、分布状态与负介电频散特性之间的关联,探明负介电常数的调控机制;探索正、负介电材料的厚度比、频散特性等因素对超构叠层材料性能的影响规律,结合电磁仿真,阐明超构叠层材料中等效电子的界面输运特性及正-负介电协同增强效应的机理。通过本项目的实施,推进负介电材料实用化进程,为新型电容器的研发提供理论基础与技术支持。
英文摘要
With the policy of intelligent manufacturing technology, miniaturization, capacitors of high frequency and high capacity are in the urgent need in microelectronics industry. However, it has been a bottleneck that the dielectric constant of the capacitor material drops significantly at high frequencies. In view of this problem, the meta-stacked structure is constructed by combining the negative permittivity material with the positive permittivity material, and it is by the positive and negative synergistic effect that the permittivity is enhanced at high frequency. The relationship between the composition, morphology, distribution of the metal functional component and the negative permittivity is studied in order to elucidate the mechanism of the negative permittivity; The influence of the dielectric value, dispersion and thickness ratio of positive and negative permittivity material on the properties of the meta-stacked structure is systematically studied; Combined with the simulation results, the mechanism of microscopic transport behavior is explored in the interface of meta-stacked structure, and the microscopic mechanism of positive and negative synergistic effects is also studied. The project will promote the practical application of negative permittivity materials, and also provide a solid theoretical basis and technical support for the development of novel capacitors.
“中国制造2025” 对电子工业中新型电容器的研发提出了小型化、高频化和高容量的迫切需求,传统电容器材料在高频下介电常数大幅下降,已成为制约该领域发展的瓶颈。针对该问题本项目提出,将负介电材料与正介电材料以叠层形式构建超构电容,利用电阻抗分析仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等试验及测试手段,研究了不同功能体组分、形貌、分布状态与负介电频散特性之间的关联,探索了负介电常数的调控机制以及超构叠层材料中界面输运特性和正-负介电协同增强效应,分析了超构叠层材料的低损机理和耐击穿性能。通过对负介电层中MWCNTs、石墨等功能填料进行研究,发现含量超过逾渗阈值时,材料的介电常数由正值转为负值,且功能填料含量越高,负介电常数绝对值越大,复合材料的负介电常数行为是自由电子低频等离体振荡所致。即改变功能填料的含量和结构可实现对该类复合材料正、负介电性能的精准调控。在此基础上,利用流延成型、旋涂以及连续热压等工艺,构建超构叠层电容。发现功能填料与基体之间存在大量微观界面,正、负介电材料之间存在大量的宏观界面,强烈的界面极化效应以及正-负介电协同效应促使叠层材料介电常数强烈增加。15wt%BN/PVDF-40wt%MWCNTs/PVDF正-负介电层厚度比为1:20时,介电常数高达292,与PVDF基体相比提高了1600%(∼18@10 kHz)。通过探索不同频段内介电损耗变化和机理,发现叠层复合材料中功能填料可以抑制漏导电流传输,保持较低损耗和适当击穿场强。利用串联电容模型对超构电容器介电常数进行模拟,发现介电常数随厚度比的降低逐渐增加,且损耗保持在较低水平,叠层材料的介电行为逐渐由完全正介电行为转变为介电谐振再转变为完全负介电行为。通过本项目的实施,推进负介电材料实用化进程,为新型电容器的研发提供理论基础与技术支持。
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Negative dielectric permittivity and high-frequency diamagnetic responses of percolated nickel/rutile cermets
渗滤镍/金红石金属陶瓷的负介电常数和高频抗磁响应
DOI:
10.1016/j.compositesa.2020.106132
发表时间:
2020-12
期刊:
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
影响因子:
--
作者:
[Fan Guohua, Wang Zhongyang, Wei Zaixin, Liu Yao, Fan Runhua]
通讯作者:
Fan Runhua
Size dependence of dislocation activities and independence on theoretical elastic strain limit in Pt nanocrystals revealed by atomic-resolution in situ investigation
原子分辨率原位研究揭示了 Pt 纳米晶体中位错活动的尺寸依赖性和理论弹性应变极限的独立性
DOI:
10.1016/j.mtnano.2018.04.007
发表时间:
2018
期刊:
Materials Today Nano
影响因子:
10.3
作者:
[L Wang, J Teng, Y Wu, J Zou, G Yu, Z Zhang, X Han]
通讯作者:
X Han
Tailorable Negative Permittivity of Carbon Materials Derived from Microcrystalline Cellulose at Different Carbonizing Temperature
微晶纤维素碳材料在不同碳化温度下可定制的负介电常数
DOI:
10.1149/2162-8777/abb4a3
发表时间:
2020-09
期刊:
ECS Journal of Solid State Science and Technology
影响因子:
2.2
作者:
[Wang Yingjie, Ren Huan, Cheng Chuanbing, Xu Ciqun, Fan Guohua, Liu Yao]
通讯作者:
Liu Yao
Weakly Radio-Frequency Negative Permittivity of Poly(vinylidene fluoride)/Ti3SiC2 MAX Phase Metacomposites
聚偏二氟乙烯/Ti3SiC2 MAX相超复合材料的弱射频负介电常数
DOI:
10.1007/s10904-018-0983-8
发表时间:
2018-09
期刊:
Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials
影响因子:
4
作者:
[Liu Yao, Qu Yunpeng, Xin Jiahao, Wang Zezhong, Fan Guohua, Xie Peitao, Sun Kai]
通讯作者:
Sun Kai
MWCNTs/BaTiO3 metacomposite with negative permittivity behavior and electric percolation phenomenon in radio frequency
具有负介电常数行为和射频电渗流现象的MWCNTs/BaTiO3复合材料
DOI:
10.1007/s10854-019-01349-2
发表时间:
2019-06
期刊:
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:
--
作者:
[Ren Huan, Wang Zhongyang, Fan Guohua, Qu Yunpeng, Xu Ciqun, Chen Jiaqi, Jiang Yuliang, Liu Yao]
通讯作者:
Liu Yao
共 35 条
金属/陶瓷复合材料的射频介电近零机理及吸波性能
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:刘峣
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依托单位:
金属/介质逾渗复合功能单元构筑及超材料阵列电磁响应机理
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批准号:51971119
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:刘峣
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依托单位:
DKDP晶体生长母液的脆性特征对激光损伤阈值的影响
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批准号:51402170
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:刘峣
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依托单位:
国内基金
海外基金