二维钙钛矿材料、包括其的介电材料和多层电容器的制作方法

文档序号:15739600发布日期:2018-10-23 22:04阅读:来源:国知局

技术特征:

1.二维钙钛矿材料,包括

包括层叠的具有正电荷的第一层和具有负电荷的第二层的层状金属氧化物、从所述层状金属氧化物剥落的单层纳米片、多个所述单层纳米片的纳米片层叠体、或其组合,

其中所述二维钙钛矿材料包括80体积%或更多的具有二维晶体结构的第一相,基于100体积%的所述二维钙钛矿材料,和

所述二维钙钛矿材料由化学式1表示

化学式1

X[A11(n-m-1)A12mBnO(3n+1)]

其中,在化学式1中,

X包括H、Li、Na、K、Rb、Cs、阳离子化合物、或其组合,

A11和A12各自包括具有+2至+3价的金属元素,其中A12具有比A11大的离子半径,

B包括Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、W、Mo、Cr、Sn、或其组合,

n≥3,

m>0,和

n-m≠1。

2.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述二维钙钛矿材料由化学式2a表示:

化学式2a

X[A21(n-m-1)BamBnO(3n+1)]

其中,在化学式2a中,X和B与在化学式1中相同,

A21包括Be、Mg、Ca、Sr、Pb、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、或其组合,

n≥3,和

0<m≤1。

3.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述二维钙钛矿材料由化学式2b表示:

化学式2b

X[Sr(n-m-1)A32mBnO(3n+1)]

其中,在化学式2b中,X和B与在化学式1中相同,

A32包括Ba、Pb、或其组合,

n≥3,和

0<m≤1。

4.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述二维钙钛矿材料由化学式2c表示:

化学式2c

X[A41(2-m)A42mB3O10]

其中,在化学式2c中,X和B与在化学式1中相同,

A41和A42各自包括Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Pb、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、或其组合,其中A42具有比A41大的离子半径,和

0<m≤1。

5.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述第一相为Dion-Jacobson相。

6.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中X包括阳离子化合物,和所述阳离子化合物包括(C1至C16烷基)铵化合物、(C1至C16烷基)胺化合物、或其组合。

7.如权利要求6所述的二维钙钛矿材料,其中所述阳离子化合物包括四甲基铵化合物、四乙基铵化合物、四丙基铵化合物、四丁基铵化合物、甲基胺化合物、乙基胺化合物、丙基胺化合物、丁基胺化合物、或其组合。

8.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述层状金属氧化物的所述第一层包括质子、碱金属离子、或其组合。

9.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述单层纳米片包括从所述层状金属氧化物剥落的第二层。

10.如权利要求9所述的二维钙钛矿材料,其中所述单层纳米片包括附着至所述第二层的表面的所述阳离子化合物。

11.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述单层纳米片的厚度小于或等于10纳米。

12.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述单层纳米片的平均纵向直径为10纳米-100微米。

13.如权利要求1所述的二维钙钛矿材料,其中所述二维钙钛矿材料在1千赫兹(kHz)下具有大于或等于200的相对电容率。

14.介电材料,包括

多个包括半导体或导电材料的晶粒;和

在所述晶粒之间的晶界绝缘层;

其中所述晶界绝缘层覆盖所述晶粒的至少一个的表面的至少一部分并且包括二维钙钛矿材料,所述二维钙钛矿材料由化学式1表示并且包括80体积%或更多的具有二维晶体结构的第一相,基于100体积%的所述二维钙钛矿材料

化学式1

X[A11(n-m-1)A12mBnO(3n+1)]

其中,在化学式1中,

X包括H、Li、Na、K、Rb、Cs、阳离子化合物、或其组合,

A11和A12各自包括具有+2至+3价的金属元素,其中A12具有比A11大的离子半径,

B包括Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、W、Mo、Cr、Sn、或其组合,

n≥3,

m>0,和

n-m≠1。

15.如权利要求14所述的介电材料,其中所述二维钙钛矿材料是如权利要求1-13任一项中限定的。

16.如权利要求14所述的介电材料,其中所述二维钙钛矿材料覆盖所述晶粒的整个表面。

17.如权利要求14所述的介电材料,其中所述阳离子化合物包括(C1至C16烷基)铵、(C1至C16烷基)胺化合物、或其组合。

18.如权利要求14所述的介电材料,其中

所述二维钙钛矿材料以10体积%-100体积%的量存在,基于100体积%的所述晶界绝缘层。

19.如权利要求14所述的介电材料,其中所述晶粒包括钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、锆酸铅、锆钛酸铅、或其组合。

20.多层电容器,包括

包括内部电极和介电层的层叠体结构,

其中所述介电层包括如权利要求14-19任一项所述的介电材料。

21.如权利要求20所述的多层电容器,其中所述内部电极和所述介电层各自的至少两个层交替和层叠。

22.如权利要求20所述的多层电容器,其中所述介电层具有小于500纳米的厚度。

23.如权利要求22所述的多层电容器,其中所述介电层具有大于或等于4,000的相对电容率。

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