مشخصه يابي و بررسي خواص دي الكتريك الكتروسراميك هاي نانوبلور پايه اكسيد نيكل سنتز شده، به روش آلياژسازي مكانيكي

Characterization and Dielectric Properties of Nanocrystalline NiO-based Electroceramics Prepared by Mechanical Alloying

پيشرفت روزافزون صنعت ميكروالكترونيك، نيازمند ارتقاي مواد الكترونيكي پيشرفته از جمله سراميك هاي دي الكتريك با ثابت دي الكتريك بالا براي كاربردهايي نظير خازن ها مي باشد. دي الكتريك هاي برپايه اكسيد نيكل دسته اي از اين مواد پيشرفته مي باشند، كه به علت داشتن ثابت دي الكتريك بسيار بالا در محدوده دمايي گسترده، در سال هاي اخير مورد توجه محققان بوده اند. در اين پژوهش، سراميك دي الكتريك Li0.05Ni0.95O براي اولين بار به روش آلياژسازي مكانيكي توليد شد. ساختار و ريزساختار پودرهاي آسياكاري شده در زمان هاي گوناگون آسياكاري، با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) بررسي گرديد و آناليز كمي الگوي XRD بر مبناي روش رتويلد صورت گرفت. بررسي ها نشان دهنده تشكيل پودرهايي با ساختار نانوبلور و اندازه ذرات زيرميكروني در طي آسياكاري بود كه اندازه بلورها و ذرات پس از آسياكاري به مدت 24 ساعت، به ترتيب به مقداري حدود 20 نانومتر و 200 نانومتر رسيد. براي رسيدن به تركيب دي الكتريك مطلوب، پودر Li0.05Ni0.95Oآسياكاري شده به مدت 24 ساعت و اكسيد آهن (Fe2O3)، با يكديگر مخلوط شدند و پس از سينتر، مورفولوژي قطعه Li0.05Fe0.02Ni 0.93O با استفاده از SEM مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه اندازه دانه ها هم چنان در محدوده ي پايين زيرميكروني باقي مانده است. با اندازه گيري خواص دي الكتريك نمونه Li0.05Fe0.02Ni 0.93O، به وسيله دستگاه meter LCR در محدوده فركانسي 120 هرتز تا 200 كيلوهرتز، ثابت دي الكتريك بالا (حدود 5000) و اتلاف مناسب و پايدار (حدود 9/0) در فركانس 20 كيلوهرتز بدست آمد كه تا فركانس 200 كيلوهرتز تقريباً ثابت باقي ماند.

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 Li0.05Ni0.95O 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 Li0.05Ni0.95O powders were mixed with iron oxide (Fe2O3) and after sintering process, the morphology of the Li0.05Fe0.02Ni0.93O sample studied by SEM. It revealed that the grains sizes remained in the submicron range. By measuring the dielectric properties of the Li0.05Fe0.02Ni0.93O 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.