本发明属于介电陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的高速发展，电子元器件的小型化、集成化及高性能化等已成为现代信息领域的研究热点。在这其中，具有高介电常数的材料凭借其具有的高储能密度，在大容量电容器及器件小型化方面的潜在应用而受到了广泛的关注。同时高介电常数介质材料已被列为国家新材料发展中的关键材料。2000年，cacu3ti4o12这种材料被发现不仅具有极高的介电常数，并且在相当宽的温度范围内介电常数可保持不变，这就使得该材料有望在高密度信息存储、薄膜器件、高介电电容器等器件上获得广泛的应用，促使器件小型化。然而这种材料在具有高介电常数的同时，也表现出较高介电损耗，这使得这种材料难以获得实际应用。近几年，采用不同离子取代cacu3ti4o12陶瓷的a位ca2+来获得与cacu3ti4o12结构相似的cacu3ti4o12材料，来改善cacu3ti4o12的性能，仍然但大部分材料却不能同时满足高介电常数、低介电损耗的要求。
技术实现要素：
本发明的首要目的在于提供一种高介电常数(104)、低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料。
本发明的再一目的在于提供上述低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料的制备方法，该方法可以获得高纯度、颗粒均一、活性较高的粉体结构优越的lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12前驱粉体，且粉体的煅烧温度降低于固相法100℃左右，陶瓷的烧结温度降低30℃左右。
本发明是这样实现的，一种低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料，该陶瓷材料通过前驱粉体烧结而成，所述前驱粉体的化学成分为lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12；其中，0.05≤x≤0.20。
优选地，所述x为0.1或0.15。
本发明进一步公开了上述低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将sm(no3)3·6h2o、cu(no3)2·3h2o依次溶解在无水乙醇中，得到溶液1；将c16h36o4ti溶解在无水乙醇中，得到溶液2；将nano3和lino3溶于乙醇水溶液中，得到溶液3；将溶液1、溶液2、溶液3按体积比5：4：1混匀得到溶液4，通过乙醇水溶液调节溶液4中的ti4+浓度为0.50mol/l，将溶液4的ph值调节至0.5～0.8，反应形成溶胶后继续陈化8小时形成凝胶；
(2)将凝胶在100℃温度下干燥24小时，在800～900℃温度下预烧10小时，得到lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12前驱粉体，0.05≤x≤0.20；
(3)将上述前驱粉体经球磨、造粒、压片、排胶后，升温至1040～1060℃烧结5～8小时后降温，得到低频低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料。
优选地，在步骤(1)中，所述溶液1中sm(no3)3·6h2o和cu(no3)2·3h2o的浓度分别为0.125mol/l、0.75mol/l；所述溶液2中c16h36o4ti的浓度为1.25mol/l；所述溶液3中nano3和lino3物质量浓度范围分别为0.031～0.125mol/l、0.594～0.500mol/l。
优选地，在步骤(2)中，在850℃温度下预烧10小时得到lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12前驱粉体。
优选地，在步骤(3)中，将球磨后的前驱粉体与5wt％的pva粘合剂混合进行造粒，用干压法将粉体颗粒压制成圆片。
优选地，在步骤(3)中，所述烧结温度为1050℃，烧结时间为8小时。
优选地，在步骤(3)中，所述升温过程为：用300分钟升温至500℃，保温1小时，以2℃/分钟升温速率升温至烧结温度；所述降温过程为：以2℃/分钟降温速率降温至800℃，随炉自然冷却至常温。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本方法可以获得高纯度、颗粒均一、活性较高的粉体结构优越的lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12前驱粉体，且粉体的煅烧温度降低于固相法100℃左右，陶瓷的烧结温度降低30℃左右；
(2)本发明利用li和na离子共同掺杂参杂sm2/3cu3ti4o12，当＝0.1及0.15时，制备的lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12陶瓷的在常温下介电常数达到了104(介电常数分别为10150，11292，在10khz，图1和2所示)，高于sm2/3cu3ti4o12报道的103，当x＝0.15时，最低介电损耗为0.027(介电损耗为0.0271，在10khz，图1和2所示)，低于sm2/3cu3ti4o12介电损耗0.68，也低于目前绝大多数这一类材料。
附图说明
图1是室温下lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12陶瓷的介电常数与频率的关系图；
图2是室温下lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12陶瓷的介电损耗与频率的关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)将sm(no3)3·6h2o和cu(no3)2·3h2o分别溶解在20毫升无水乙醇中，得到溶液1(sm(no3)3·6h2o和cu(no3)2·3h2o的浓度为分别0.125mol/l、0.75mol/l)；
将c16h36o4ti溶解在16毫升无水乙醇中，得到溶液2(c16h36o4ti的浓度为1.25mol/l)；
将不同含量的nano3和lino3溶于4毫升乙醇水溶液中，得到溶液3(由于lino3和nano3是变量，nano3和lino3物质量浓度范围分别为0.031～0.125mol/l，0.594～0.500mol/l)；
将溶液1、溶液2、溶液3按体积比5：4：1混合得到溶液4，通过乙醇水溶液调节溶液4中的ti4+浓度为0.50mol/l，将溶液4的ph值调节至0.5～0.8，反应形成溶胶后继续陈化8小时形成凝胶；
(2)将凝胶在100℃温度下干燥24小时，在850℃温度下预烧10小时，得到lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12前驱粉体，0.05≤x≤0.20；对溶液3中lino3和nano3的浓度进行控制，以获得不同x取值；
(3)将上述前驱粉体经球磨，将球磨后的前驱粉体与5wt％的pva粘合剂混合进行造粒，用干压法将粉体颗粒压制成圆片，排胶后，用300分钟升温至500℃，保温1小时，以2℃/分钟升温速率升温至烧结温度1050℃烧结8小时，以2℃/分钟降温速率降温至800℃，随炉自然冷却至常温，得到低频低介电损耗的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料。
实施例2
本实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，在800℃温度下预烧10小时，在步骤(3)中，在1040℃烧结8小时。
实施例3
本实施例与上述实施例1相同，不同之处在于，在步骤(2)中，在900℃温度下预烧10小时，在步骤(3)中，在1050℃烧结5小时。
效果实施例
介电常数是衡量电介质储存电荷能力的参数，通常情况下所要获得的是陶瓷材料的相对介电常数(ε)。
具体操作过程是：用细纱纸将圆片试样打磨抛光后再用乙醇擦洗，待干燥后，在样品两面涂覆银浆，于840℃烧渗银电极，保温30min。测出式样直径d和厚度t后，采用美国agilent公司的4294a型阻抗分析仪测试样品的不同频率的电容c和介电损耗tanδ，根据以下公式可计算出材料的相对介电常数ε。
式中：c—电容值，ε—陶瓷的相对介电常数，t—陶瓷片的厚度，a—陶瓷面积，ε0—真空中介电常数(8.85×10-12f/m)。
以实施例1中所记载的方法，对溶液3中lino3和nano3的浓度进行控制，以获得x分别为0.05、0.10、0.15、0.20时的前驱粉体，并由该前驱粉体得到相应的钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料。
在室温下，对各钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料的介电常数与频率的关系进行测定，结果如图1所示。对各钛酸铜钐锂钠巨介电陶瓷材料的介电损耗与频率的关系进行测定，结果如图2所示。
从图1、图2中可以看出，本发明利用li和na离子共同掺杂sm2/3cu3ti4o12，当＝0.1及0.15时，制备的lix/2na(1-x)/2sm1/2cu3ti4o12陶瓷的在常温下介电常数达到了104(介电常数分别为10150，11292，在10khz，图1和2所示)，高于sm2/3cu3ti4o12报道的103，当x＝0.15时，最低介电损耗为0.027(介电损耗为0.0271，在10khz，图1和2所示)，低于sm2/3cu3ti4o12介电损耗0.68，也低于目前这一类材料的绝大多数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。