[发明专利]一种具有高介电常数的混合价氟化铜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种具有高介电常数的混合价氟化铜及其制备方法。

背景技术

随着电子设备尺寸的减小，多层陶瓷电容器日益向小型化、低成本、大容量的方向发展，相应地要求材料具有较高的介电常数。通常情况下，电子材料高的介电常数主要来源于铁电畴、界面极化以及热激活载流子。当材料中存在可变价金属离子，在这些金属离子在热场作用下会发生电离，周围出现弱束缚的电子。这些电子在电场作用下迁移或者跳跃，会引起介电常数的急剧增加，从而可以获得高介电常数材料。这类材料在氧化物中比较常见。

CuF₂是一种宽禁带化合物，属于电子绝缘体，常常作为锂离子电子的正极材料[史月丽，吴楠，沈明芳，董佳群，庄全超，江利, CuF₂/MoO₃/C复合正极的电化学阻抗谱研究, 电化学, 19(2): 155-163, 2013]，其介电常数非常低。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高介电常数的混合价氟化铜及其制备方法。

本发明的思路：通过在CuF₂中引入3价铜，获得一种+2和+3价的混合价态的氟化物；在室温附近，+2价铜可以发生部分电离，产生弱束缚的电子，这个电子在+2铜和+3价铜之间跳跃，从而引起介电弛豫，获得高的介电常数。

本发明涉及的具有高介电常数的混合价氟化铜的化学通式为：Cu²⁺_(1-x)Cu³⁺_xF_(2+x)，其中0.01≤x≤0.25或者0.75≤x≤0.99。

上述具有高介电常数的混合价氟化铜的制备方法具体步骤为：

(1)以硼氟酸HBF₄、氧化铜CuO和氧化铜Cu₂O₃为原料，按通式Cu²⁺_(1-x)Cu³⁺_xF_(2+x)，且0.01≤x≤0.25或者0.75≤x≤0.99的化学计量比进行配料。

(2)将步骤(1)配制好的原料放入高压水热釜中，按照60~90%的填充率往高压水热釜中加入相应体积的去离子水，边加去离子水边搅拌。

(3)把高压水热釜密封以后，放入井式炉或者烘箱中，以每分钟3~9摄氏度的升温速度升至130~200摄氏度，保温2~60小时，然后随炉冷却。

(4)取出并打开高压水热釜，把高压水热釜中步骤(3)所得产物倒进烧杯，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在40~100摄氏度烘8~24小时，即获得具有高介电常数的混合价氟化铜粉体，使用该粉体直接烧结即得到高介电常数的氟化铜陶瓷。

所述硼氟酸HBF₄、氧化铜CuO和氧化铜Cu₂O₃均为分析纯。

本发明的有益效果是：获得一种混合价的具有高介电常数的氟化铜产物；氟化铜的制备温度低，整个过程没有使用有毒的氢氟酸；采用水热合成工艺获得的粉体晶粒发育良好、粉体尺寸可控，且产物氟化铜和硼酸可以方便回收，是一种绿色制备技术。

具体实施方式

实施例1：

以硼氟酸HBF₄、氧化铜CuO和氧化铜Cu₂O₃为原料，按通式Cu²⁺_0.9Cu³⁺_0.1F_2.1进行配料；将配制好的原料放入高压水热釜中，按照70%的填充率往高压水热釜中加入相应体积的去离子水，边加去离子水边搅拌；把高压水热釜密封，放入烘箱中，以每分钟5摄氏度的升温速度升至150摄氏度，保温54小时，然后随炉冷却；取出并打开高压水热釜，把产物倒进烧杯，使用去离子水反复过滤洗涤，直至洗涤液成为中性，所得的粉体放入烘箱，在100摄氏度烘8小时，获得氟化铜粉体，粉体的平均晶粒尺寸为3.4微米。

将本实施例制得的粉体在300MPa的压力下单轴压成型，在710摄氏度烧结2小时得到氟化铜陶瓷，室温1 kHz的介电常数为15000。

所述硼氟酸HBF₄、氧化铜CuO和氧化铜Cu₂O₃均为分析纯。