Ceramic nanomaterials based on the barium and titanium compounds, prepared by the sol - gel method, for elecrotechnical applications

This paper describes the sol - gel method barium and titanium compounds materials obtaining, which their physicochemical parameters could be competitive with the materials obtained by classic methods. Additionally dielectric thin layers was obtained with the use of spin and dip coaters. Based on selected precursor elements which form appropriate crystal net, the capacitance construction was created. Dielectric in this contraction was a barium titanate with high electrical permittivity and small grain size. The optimal dry, calcinations and sintering temperature of the dielectric with base was determined. On that capacitor the microscopic analysis with the use of scanning electron microscope (SEM) was carried out. The thickness of the dielectric layer and electrical parameters use by impedance analyzer Solatron SI 1260 was carried out. The capacitance, dielectric loss and electrical permittivity was carried out, cooperative influence of the frequency and temperature on the measurements was determined. The best results had a samples sintered in the 1000°C. The electrical permittivity for measurements in few Hertz for the samples with the base of nickel and BaTiO3 layer coated by spin and dip coaters, in the room temperature and measurements for few Hertz, amount to 4700. The electrical capacity for low frequency was about 3,2ź10-8F.

W pracy przedstawiono metode zol – żel otrzymywania materiałów na bazie związków tytanu i baru, których właściwości fizykochemiczne mogą być konkurencyjne dla materiałów uzyskiwanych metodami klasycznymi. Dodatkowo wykorzystując urządzenia typu spin i dip coater uzyskano cienkie warstwy dielektryczne. Na podstawie wytypowanych prekursorów pierwiastków tworzących odpowiednia sieć krystaliczna, wykonano układ pojemnosciowy, w którym dielektryk stanowił tytanian baru o wysokiej wartości przenikalności elektrycznej i niewielkich rozmiarach ziaren. Wyznaczono optymalna temperature suszenia, kalcynacji i wypalania dielektryku wraz z podłożem. Na przygotowanym elemencie stanowiącym rodzaj kondensatora wykonano analize mikroskopowa za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego oraz przeprowadzono pomiary grubości nałożonych warstw jak i pomiary właściwości elektrycznych wykorzystując analizator impedancji Solatron SI 1260. Wyznaczono pojemność elektryczną, współczynnik strat dielektrycznych, przenikalność elektryczną materiału, określając jednocześnie wpływ częstotliwości i temperatury na wyniki pomiaru. Stwierdzono, że najlepszymi wynikami charakteryzowały się próbki wypalane w temperaturze 1000 C. Wartość przenikalności przy częstotliwości pojedynczych herców dla próbek o podłożu ze stali kwasoodpornej z cienką warstwą BaTiO3 wypalanych w 1000 C, przy temperaturze pomiarowej 40-50 C, wynosiła ok. 300 zaś w podwyższonych temperaturach pomiaru przenikalność osiągała wartość rzędu 14000. Dla próbek gdzie podłoże stanowił nikiel a warstwa BaTiO3 nakładana była za pomocą metod spin coatingu i powolnego zanurzania, już w temperaturze pokojowej przy pojedynczych hercach zmierzona wartość przenikalności elektrycznej osiągała wartości rzędu 4700. Pojemność elektryczna przy pomiarze dla niskich częstotliwości osiągała wartości rzędu 3,2x10-8F.