مشخصه یابی و بررسی خواص دی الکتریک الکتروسرامیک های نانوبلور پایه اکسید نیکل سنتز شده، به روش آلیاژسازی مکانیکی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

فاطمه سادات تلاتری ¹ , محمد جعفر هادیان فرد ² , رسول امینی ³ , مرتضی علیزاده ⁴

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد (نانومواد)، دانشگاه شیراز.
2 - استاد بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز.
3 - استادیار دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.
4 - استادیار دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی شیراز.

تاریخ دریافت : 1392/10/14 تاریخ پذیرش : 1392/10/14 تاریخ انتشار : 1392/10/01

کلید واژه: آلیاژسازی مکانیکی, سرامیک دی الکتریک, اکسید نیکل, نانوبلور, ثابت دی الکتریک,

چکیده مقاله :

پیشرفت روزافزون صنعت میکروالکترونیک، نیازمند ارتقای مواد الکترونیکی پیشرفته از جمله سرامیک­های دی­الکتریک با ثابت دی­الکتریک بالا برای کاربردهایی نظیر خازن­ها می­باشد. دی­الکتریک­های برپایه اکسید نیکل دسته­ای از این مواد پیشرفته می­باشند، که به علت داشتن ثابت دی­الکتریک بسیار بالا در محدوده دمایی گسترده، در سال­های اخیر مورد توجه محققان بوده­اند. در این پژوهش، سرامیک­ دی­الکتریک Li_0.05Ni_0.95O برای اولین بار به روش آلیاژسازی مکانیکی تولید شد. ساختار و ریزساختار پودرهای آسیاکاری شده در زمان­های گوناگون آسیاکاری، با استفاده از پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی گردید و آنالیز کمی الگوی XRD بر مبنای روش رتویلد صورت گرفت. بررسی­ها نشان­دهنده تشکیل پودرهایی با ساختار نانوبلور و اندازه ذرات زیرمیکرونی در طی آسیاکاری بود که اندازه بلورها و ذرات پس از آسیاکاری به مدت 24 ساعت، به ترتیب به مقداری حدود 20 نانومتر و 200 نانومتر رسید. برای رسیدن به ترکیب دی­الکتریک مطلوب، پودر  Li_0.05Ni_0.95Oآسیاکاری شده به مدت 24 ساعت و اکسید آهن (Fe₂O₃)، با یکدیگر مخلوط شدند و پس از سینتر، مورفولوژی قطعه
Li_0.05Fe_0.02Ni­_0.93O با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که اندازه دانه­ها هم­چنان در محدوده­ی پایین زیرمیکرونی باقی مانده است. با اندازه­گیری خواص دی­الکتریک نمونه­
Li_0.05Fe_0.02Ni­_0.93O، به­وسیله دستگاه meter LCR در محدوده فرکانسی 120 هرتز تا 200 کیلوهرتز، ثابت دی­الکتریک بالا (حدود 5000) و اتلاف مناسب و پایدار (حدود 9/0) در فرکانس 20 کیلوهرتز بدست آمد که تا فرکانس 200 کیلوهرتز تقریباً ثابت باقی ماند.

چکیده انگلیسی:

Recently, due microelectronic technology developments, it is important to improve the electronic properties ceramic dielectrics, for some applications e.g. capacitors. Accordingly, one of these advanced materials that has attracted much attention in recent research is NiO-based ceramics which shows an extraordinarily a range of high dielectric constant. In the present work, for the first time Li_0.05Ni_0.95O ceramic dielectrics were prepared by mechanical alloying. The structure and microstructure of the milled powders were characterized by X-Ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM) at different milling times. The quantitative analyses of the XRD results were done by the Rietveld refinement. According to the results, by milling operation, nanocrystallization and particles refinement were developed in which the crystallite and particles size of the powders reached to values of about 20 nm to 200 nm, after 24h of milling. In order to improve the dielectric properties, the 24h milled Li_0.05Ni_0.95O powders were mixed with iron oxide (Fe₂O₃) and after sintering process, the morphology of the Li_0.05Fe_0.02Ni_0.93O sample studied by SEM. It revealed that the grains sizes remained in the submicron range. By measuring the dielectric properties of the Li_0.05Fe_0.02Ni_0.93O sample using LCR meter at 120 Hz-200 kHz frequency range, high dielectric constant (about 5000) and relatively low loss (about 0.9) were obtained at 20 kHz  which remained constant up to 200 kHz.