專利名稱：全面積Ag/LNO 復合電極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于復合電極材料領(lǐng)域，特別涉及一種Ag/LNO復合電極材料。
背景技術(shù)：
電氣工程中各類陶瓷元件的電極通常采用Ag、Pt或Au等金屬，通過濺射、燒滲、 噴涂等工藝，緊固地附著于陶瓷材料某一端面上用于導電。直接用金屬做電極層，其導電性好，有一定延展性。但金屬電極存在兩個顯著的缺點(1)晶體常數(shù)與陶瓷基片不匹配，導致界面缺陷聚集，容易造成電極分層脫落，致使器件失效；(2)高頻電場下，金屬電極與陶瓷相之間容易相互擴散，發(fā)生化學反應(yīng)，使介電性能劣化。La0.5Sr0.5Co03> YB2Cu3O7^5, SrRuO3等導電氧化物的出現(xiàn)為解決金屬電極的缺陷提供了新的途徑。在眾多導電氧化物中，LaNiO3(其縮寫為“LN0”，本專利申請中，用LNO代表 LaNiO3)因其晶格常數(shù)為0.384歷，與鋯鈦酸鉛(其縮寫為“PZT”，本專利申請中，用PZT代表鋯鈦酸鉛)、摻鑭鋯鈦酸鉛(其縮寫為“PLZT”，本專利申請中，用PLZT代表摻鑭鋯鈦酸鉛)等壓電陶瓷晶格常數(shù)非常接近，因而受到廣泛的關(guān)注。到目前為止，人們已經(jīng)利用脈沖激光沉積法(PLD)、射頻磁控濺射法(RF)、化學溶液沉積法(CSD)等方法制備出了電阻率為 ΙΟ"3 Ω · cm量級的LNO薄膜電極，但是相對于Ag等貴金屬良導體，其電阻率仍然是比較高的。綜合導電氧化物和金屬電極的優(yōu)點，Chen Mingsen和脅Taibor等人制備了 LNO/ Pt復合電極(參見=Appl Phys Lett，1996,68 :1430-1432)。此種復合電極雖然克服了僅用金屬作電極時，陶瓷與電極間的相互擴散和僅用導電氧化物作電極時電阻率較高的缺陷， 但Pt是一種較^Vg昂貴的金屬，使電極的制備成本大大提高；另外，該方法制備LNO/Pt復合電極的燒結(jié)溫度較高(約1000°C左右)，在該燒結(jié)溫度下LNO薄膜易分解，且易促使壓電陶瓷PZT、PLZT中PbO的揮發(fā)，從而導致復合電極及器件電學性能下降，并且產(chǎn)生環(huán)境污染；再者，由于該方法燒結(jié)溫度高，制備過程耗費能源較多。除上述問題外，Chen Mingsen等人所發(fā)表論文中公開的LNO/Pt電極為部分電極(即電極的面積小于基底工作面面積)，這種電極結(jié)構(gòu)在電壓作用下有電極部分和無電極部分容易產(chǎn)生不同應(yīng)變，導致應(yīng)力在電極邊緣的聚集，從而造成元件的電極導電性能下降。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全面積Ag/LNO復合電極材料，此種復合電極材料既具有優(yōu)良的導電性，又能大幅度提高使用壽命。本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料，包括陶瓷基底、LNO導電緩沖層和 Ag電極層，所述LNO導電緩沖層端面的形狀和面積與陶瓷基底端面的形狀和面積相同，LNO 導電緩沖層覆蓋在陶瓷基底的一端面上，且與陶瓷基底結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)，所述Ag電極層端面的形狀和面積與LNO導電緩沖層端面的形狀和面積相同，Ag電極層覆蓋在LNO導電緩沖層上，且與LNO導電緩沖層結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)。[0007]本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料，其LNO導電緩沖層的厚度優(yōu)選200 納米 300納米。本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料，其Ag電極層的厚度控制在20微米 100微米。本實用新型所述的全面積Ag/LNO復合電極材料，其陶瓷基底優(yōu)選PLZT或PZT制作。本實用新型具有以下有益效果1、用本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料制作的電極具有優(yōu)良的導電性，其技術(shù)指標如下(1)電極電阻率< Ιι Ω · cm;(2)工作電壓-300 +300V ；(3)頻率> IO4Hz,連續(xù)脈沖反轉(zhuǎn)次數(shù)> IO8 (無損傷)。2、用本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料制作的電極，使用壽命大幅度提高，其使用壽命是現(xiàn)有金屬電極使用壽命的3 10倍。3、本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料，Ag電極層與LNO導電緩沖層、LNO 導電緩沖層與陶瓷基底結(jié)合緊密，極其不易開裂和剝離。4、本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料，其制備方法采用的是常規(guī)設(shè)備， 便于現(xiàn)有電極生產(chǎn)企業(yè)在不增加設(shè)備投資的基礎(chǔ)上實施。

圖1是本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖。圖中，1-陶瓷基底、2-LN0導電緩沖層、3-Ag電極層。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型所述全面積Ag/LNO復合電極材料及制備方法做進一步說明。實施例1本實施例中，所述全面積Ag/LNO復合電極材料的形狀和構(gòu)造如圖1、圖2所示，整體形狀為圓臺，由PLZT陶瓷基底1、LNO導電緩沖層2和Ag電極層3構(gòu)成，所述LNO導電緩沖層2端面的形狀和面積與陶瓷基底1端面的形狀和面積相同，LNO導電緩沖層2覆蓋在陶瓷基底1的一端面上，且與陶瓷基底1結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)，所述Ag電極層3端面的形狀和面積與LNO導電緩沖層2端面的形狀和面積相同，Ag電極層3覆蓋在LNO導電緩沖層2 上，且與LNO導電緩沖層2結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)。PLZT陶瓷基底1的厚度為0. 5毫米，LNO導電緩沖層2的厚度為300納米，Ag電極層3的厚度為50微米。其制備方法的工藝步驟如下(1)陶瓷基底的表面處理陶瓷基底為0. 5毫米的PLZT片，其表面處理依次為表面拋光與清洗；表面拋光采用精密研磨拋光機，將陶瓷基底通過石蠟固定在拋光機上，對其正面和反面均按以下操作進行拋光使用1500#金剛砂紙，在轉(zhuǎn)速45rpm下拋光池，然后換用拋光織物，在轉(zhuǎn)速45rpm 下拋光16h ；清洗包括手工清洗和超聲波清洗，首先通過手工清洗去掉陶瓷基底表面的石蠟，然后采用超聲波清洗①將陶瓷基底放入盛有丙酮的容器中，將所述容器放入超聲波清洗器重振清洗5min，然后取出陶瓷基底，用去離子水清洗3次；②將去離子水清洗后的陶瓷基底放入盛有無水乙醇的容器中，超聲清洗5min，然后取出陶瓷基底，用去離子水清洗3 次；③將去離子水清洗后的陶瓷基底放入盛有去離子水的容器中超聲清洗5min，然后取出陶瓷基底將其放入干燥箱中在60°C下干燥15min ；(2) LNO導電緩沖層的制備以醋酸鎳和水合硝酸鑭為溶質(zhì)、以去離子水和冰醋酸為溶劑、以聚乙烯醇為螯合劑配制LNO前驅(qū)體溶液，醋酸鎳與水合硝酸鑭的摩爾比為1 1，去離子水與冰醋酸的體積比為1 3;將醋酸鎳放入反應(yīng)容器并加入冰醋酸，在常壓、室溫(25°C)下攪拌直至醋酸鎳完全溶解，然后加入水合硝酸鑭并在攪拌下升溫至60°C加入去離子水，當水合硝酸鑭完全溶解后，在攪拌下升溫至70°C加入聚乙烯醇，聚乙烯醇的加入量以醋酸鎳、水合硝酸鑭、 去離子水、冰醋酸形成的溶液為基準，每升所述溶液加入聚乙烯醇30g ；當聚乙烯醇完全溶解后，通過蒸發(fā)溶劑或添加溶劑的方式調(diào)節(jié)所述溶液的濃度，使所述溶液中LNO的含量為 0. 2mol/L,繼后經(jīng)0. 2微米的過濾器濾除雜質(zhì)，即獲綠色透明的LNO前軀體溶液；采用旋轉(zhuǎn)甩膠法將LNO前軀體溶液涂敷在經(jīng)步驟(1)處理后的陶瓷基底的一端面上形成LNO濕膜，勻膠速度3500rpm，勻膠時間20s，熱處理采用逐層處理的方法，即每涂敷一層LNO濕膜進行一次熱處理，每層LNO濕膜的熱處理操作相同，均為依次在180°C下干燥15min，35(TC下分解有機物lOmin，550°C下預結(jié)晶處理^iiin ；旋轉(zhuǎn)甩膠與熱處理的次數(shù)以LNO膜的厚度達到300納米為限，當最后一次熱處理完成后，在750°C保溫30min，然后隨爐冷卻至室溫；(3) Ag電極層的制備由銀粉、溶劑和粘接劑配制銀漿漿料，銀粉的質(zhì)量份為100份，溶劑的質(zhì)量份為5 份，粘接劑的質(zhì)量份為30份，所述溶劑為氧化鉍，所述粘接劑由松油醇、松節(jié)油、硝化棉、環(huán)己酮和鄰苯二甲酸二丁酯組成，松油醇的質(zhì)量份為4. 0，松節(jié)油的質(zhì)量份為2. O份，硝化棉的質(zhì)量份為1. 5份，環(huán)己酮的質(zhì)量份為15. O份，鄰苯二甲酸二丁酯的質(zhì)量份為3. 5份；將按上述質(zhì)量份計量的銀粉、溶劑和粘接劑用三輥研磨機研磨至漿料的細度< 6 μ m、在25°C的粘度粘度為10X104mPa · s ；以上原料均采用分析純。將所配制的銀漿漿料采用350目絲網(wǎng)全面積印刷至步驟( 所制備的LNO導電緩沖層上，每印刷一次、對該次印刷所獲濕片在80°C下干燥lOmin，印刷的次數(shù)和對濕片的干燥次數(shù)以Ag電極層的厚度達到50微米為限；陶瓷基底周邊溢出的多余Ag/LNO材料通過打磨拋光處理；(4)燒結(jié)將步驟(3)制備的復合電極坯料在室溫(25°C )下放入燒結(jié)爐，依次以2. 7°C /min 從室溫升溫至350°C，以3. 30C /min從350°C升溫至550°C，以3. 8°C /min從550°C升溫至 8500C，然后在850°C保溫35min，保溫時間屆滿后隨爐冷卻至室溫，即獲全面積Ag/LNO復合電極材料。將本實施例所制備的全面積Ag/LNO復合電極材料進行性能測試，測試設(shè)備采用了四探針儀ΚΜ00電壓/電流源表(美國Keithley公司)，極化參數(shù)測試儀=Precision LC(美國 Radient 公司)，脈沖發(fā)生器Precision High Voltage hterface士4000V(美國 Radient公司)，以及高壓放大器Model 609E-6 (美國1Terk公司)。測試結(jié)果如下(1)電極電阻率 0. 8& Ω · cm ；(2)工作電壓-300 +300V ；(3)頻率1. 8X IO4Hz,連續(xù)工作6小時電極無損傷。實施例2本實施例所制備的全面積Ag/LNO復合電極材料的形狀和構(gòu)造如圖1、圖2所示，整體形狀為圓臺，由PZT陶瓷基底1、LNO導電緩沖層2和Ag電極層3構(gòu)成，所述LNO導電緩沖層2端面的形狀和面積與陶瓷基底1端面的形狀和面積相同，LNO導電緩沖層2覆蓋在陶瓷基底1的一端面上，且與陶瓷基底1結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)，所述Ag電極層3端面的形狀和面積與LNO導電緩沖層2端面的形狀和面積相同，Ag電極層3覆蓋在LNO導電緩沖層2 上，且與LNO導電緩沖層2結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)。PZT陶瓷基底1的厚度為1毫米，LNO導電緩沖層2的厚度為200納米，Ag電極層3的厚度為80微米。其制備方法的工藝步驟如下(1)陶瓷基底的表面處理陶瓷基底為1毫米的PZT片，其表面處理依次為表面拋光與清洗；表面拋光與清洗的操作與實施例1相同。(2) LNO導電緩沖層的制備以醋酸鎳和硝酸鑭溶質(zhì)、以去離子水和冰醋酸為溶劑、以聚乙烯醇為螯合劑配制 LNO前驅(qū)體溶液，醋酸鎳與硝酸鑭的摩爾比為1 1，去離子水與冰醋酸的體積比為1 5; 將醋酸鎳放入反應(yīng)容器并加入冰醋酸，在常壓、室溫(^rc )下攪拌直至醋酸鎳完全溶解， 然后加入硝酸鑭并在攪拌下升溫至70°c加入去離子水，當硝酸鑭完全溶解后，在攪拌下升溫至80°C加入聚乙烯醇，聚乙烯醇的加入量以醋酸鎳、硝酸鑭、去離子水、冰醋酸形成的溶液為基準，每升所述溶液加入聚乙烯醇15g ；當聚乙烯醇完全溶解后，通過蒸發(fā)溶劑或添加溶劑的方式調(diào)節(jié)所述溶液的濃度，使所述溶液中LNO的含量為0. lmol/L，繼后經(jīng)0. 2微米的過濾器濾除雜質(zhì)，即獲綠色透明的LNO前軀體溶液；采用旋轉(zhuǎn)甩膠法將LNO前軀體溶液涂敷在經(jīng)步驟(1)處理后的陶瓷基底的一端面上形成LNO濕膜，勻膠速度3500rpm，勻膠時間20s，熱處理采用逐層處理的方法，即每涂敷一層LNO濕膜進行一次熱處理，每層LNO濕膜的熱處理操作相同，均為依次在150°C下干燥20min，300°C下分解有機物20min，500°C下預處理5min ；旋轉(zhuǎn)甩膠與熱處理的次數(shù)以LNO 膜的厚度達到200納米為限，當最后一次熱處理完成后，在600°C保溫60min，然后隨爐冷卻至室溫；(3) Ag電極層的制備由銀粉、溶劑和粘接劑配制銀漿漿料，銀粉的質(zhì)量份為100份，溶劑的質(zhì)量份為5 份，粘接劑的質(zhì)量份為60份，所述溶劑為氧化鉍，所述粘接劑由松油醇、松節(jié)油、硝化棉、環(huán)己酮和鄰苯二甲酸二丁酯組成，松油醇的質(zhì)量份為4. 5，松節(jié)油的質(zhì)量份為2. 6份，硝化棉的質(zhì)量份為1. 3份，環(huán)己酮的質(zhì)量份為16. 0份，鄰苯二甲酸二丁酯的質(zhì)量份為4. 2份；將按上述質(zhì)量份計量的銀粉、溶劑和粘接劑用三輥研磨機研磨至漿料的細度< 6 μ m、在25°C的粘度粘度為12X104mPa.s；[0047]將所配制的銀漿漿料采用300目絲網(wǎng)全面積印刷至步驟( 所制備的LNO導電緩沖層上，每印刷一次、對該次印刷所獲濕片在100°C下干燥5min，印刷的次數(shù)和對濕片的干燥次數(shù)以Ag電極層的厚度達到80微米為限；陶瓷基底周邊溢出的多余Ag/LNO材料通過打磨拋光處理；(4)燒結(jié)將步驟(3)制備的復合電極坯料在室溫)下放入燒結(jié)爐，依次以3°C /min 從室溫升溫至380°C，以3. 5°C /min從380°C升溫至600°C，以4. 0°C /min從600°C升溫至 8000C，然后在800°C保溫50min，保溫時間屆滿后隨爐冷卻至室溫，即獲全面積Ag/LNO復合電極材料。將本實施例所制備的全面積Ag/LNO復合電極材料進行性能測試，測試設(shè)備與實施例1相同，測試結(jié)果如下(1)電極電阻率 0. 9:3m Ω · cm ；(2)工作電壓-300 +300V ；(3)頻率1. 5X IO4Hz,連續(xù)工作6小時電極無損傷。
權(quán)利要求1.一種全面積Ag/LNO復合電極材料，包括陶瓷基底(1)、LNO導電緩沖層0)，其特征在于還包括Ag電極層(3)，所述LNO導電緩沖層( 端面的形狀和面積與陶瓷基底(1)端面的形狀和面積相同， LNO導電緩沖層( 覆蓋在陶瓷基底(1)的一端面上，且與陶瓷基底(1)結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)，所述Ag電極層(3)端面的形狀和面積與LNO導電緩沖層(2)端面的形狀和面積相同， Ag電極層(3)覆蓋在LNO導電緩沖層(2)上，且與LNO導電緩沖層(2)結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全面積Ag/LNO復合電極材料，其特征在于LNO導電緩沖層 (2)的厚度為200納米 300納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全面積Ag/LNO復合電極材料，其特征在于Ag電極層(3) 的厚度為20微米 100微米。
專利摘要一種全面積Ag/LNO復合電極材料，包括陶瓷基底、LNO導電緩沖層和Ag電極層，所述LNO導電緩沖層端面的形狀和面積與陶瓷基底端面的形狀和面積相同，LNO導電緩沖層覆蓋在陶瓷基底的一端面上，且與陶瓷基底結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)，所述Ag電極層端面的形狀和面積與LNO導電緩沖層端面的形狀和面積相同，Ag電極層覆蓋在LNO導電緩沖層上，且與LNO導電緩沖層結(jié)合為一體化結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01B1/02GK202013753SQ201120074509
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者余毅, 余江, 張萬里, 楊春, 趙治國 申請人:成都遠邁科技有限公司