Marglaga keramikþéttar (MLCC) eru mest notaðir óvirku íhlutirnir í rafeindavörum. Þeir nota venjulega baríumtítanat (BaTiO₃), sem hefur háan rafstuðul sem rafstuðull. Hins vegar er rafstuðull hreins BaTiO3 verulega breytilegur eftir hitastigi, sem sýnir skarpan rafstraumstopp nálægt Curie hitastigi (u.þ.b. 125 gráður). Þessi eiginleiki "hitastigs" gerir hreint BaTiO₃ óhentugt til beinnar notkunar í hagnýtum rafeindatækjum. Jafn krefjandi er að nikkel rafskaut, sem nú eru mikið notuð, verða að herða í afoxandi andrúmslofti til að koma í veg fyrir oxun, en þetta afoxandi umhverfi myndar mikinn fjölda súrefnislausna í BaTiO₃, sem leiðir til minnkaðrar einangrunarviðnáms og aukins lekastraums.
Með hliðsjón af þessu hefur breyting á lyfjamisnotkun orðið aðalaðferðin til að hámarka BaTiO₃ keramikafköst og takast á við tæknilegar takmarkanir MLCC. Meðal hinna ýmsu lyfjagjafar geta sjaldgæf-jarðar frumefni-vegna einstakrar rafeindabyggingar þeirra, breytilegra jónradías og amfótískrar lyfjamisnotkunar- stillt BaTiO₃ grindarbygginguna nákvæmlega, gert kristalgalla aðgerðarlausar og fínstillt formgerð korna. Þau eru því lykilbreytingarefnin til að bæta raforkuafköst og þjónustuáreiðanleika MLCCs.
Verkfæri sjaldgæfra-jarðlyfja
Baríumtítanat hefur dæmigerða ABO₃ peróskítbyggingu, þar sem A-staðurinn er upptekinn af Ba²⁺ og B-staðurinn af Ti⁴⁺. Þegar sjaldgæfar-jarðarjónir (R³⁺) komast inn í BaTiO₃ grindurnar, geta þær valið valið annaðhvort A-staðinn eða B-staðinn, allt eftir jónradíus þeirra, sem hefur í för með sér greinilega mismunandi lyfjaáhrif.
Lyfjanotkun á staðnum: Stórar-radíus sjaldgæfar-jarðarjónir (td La³⁺, Gd³⁺) hafa tilhneigingu til að koma í stað Ba²⁺ á A-staðnum. Þar sem gildisástand þeirra er venjulega hærra en Ba²⁺ hýsiljónarinnar sem skipt er um, framkallar þetta lyfjagjafaráhrif, losar rafeindir til að viðhalda hleðslujafnvægi, dregur úr einangrunarviðnáminu, eykur rafstuðulinn við stofuhita, bætir einsleitni korna og lækkar raftapið við stofuhita.
B-staður lyfjanotkun: Litlar-radíus sjaldgæfar-jarðarjónir hafa tilhneigingu til að koma í staðinn fyrir Ti⁴⁺ á B-staðnum, sem leiðir til viðtaka lyfjanotkunar, sem fangar rafeindir og myndar súrefnislausn til að jafna upp hleðslu. Þetta hjálpar til við að bæla flutning súrefnislausna og lengja þar með líftíma efnisins.
Amfóterískt lyfjamisnotkun: Sjaldgæfar-jarðarjónir með jónaradíus á milli (td Dy³⁺, Ho³⁺, Y³⁺) sýna amfóteríska lyfjahegðun og geta tekið upp annað hvort A- eða B-stað, allt eftir þáttum eins og lyfjaþéttni, sintunarhita, súrefnishlutþrýstingi og Ba/Ti hlutfalli. Þessi tegund lyfjanotkunar getur veitt yfirgripsmeiri og yfirvegaðri breytingaáhrif.
Auk þess að fara inn í grindurnar og valda grindarröskun, hafa sjaldgæf-jarðarþættir einnig tilhneigingu til að aðskiljast við kornamörk og mynda kornmarkahindranir með mikilli viðnám. Þetta hindrar ekki aðeins óeðlilegan kornvöxt og fínpússar kornastærð, heldur eykur einnig virkjunarorkuna við kornmörk, dregur úr flæði súrefnislausra undir rafsviði og eykur þannig áreiðanleika einangrunar og háhitastöðugleika efnisins.
Tegundir og notkun sjaldgæfra-jarðefnagjafa
Byggt á ofangreindum breytingaaðferðum, ræðst val á sjaldgæfum jörðu íblöndunarefnum fyrir BaTiO₃ aðallega af grindarstaðnum sem er upptekinn (A- eða B-staður) og sérstökum umsóknarkröfum (td að stilla rafeiginleika, bæta áreiðanleika, hámarka sintunarhegðun). Algengt er að íblöndunarefni sjaldgæfra jarðar eru:
01 Yttrium oxíð
Yttrium oxíð er mest notaða undirstöðu sjaldgæfa jarðar íblöndunarefnið í MLCCs. Jónradíus Y³⁺ fer eftir samhæfingartölunni; til dæmis, við samhæfingu númer 6 (átþungabygging) er radíus þess um 0,89 Å, sem liggur á milli Ba²⁺ (1,35 Å) og Ti⁴⁺ (0,605 Å), sem gefur honum amfóterískt svæði í BaTiO₃. Samkvæmt sameiginlegum rannsóknum Southern University of Science and Technology og National Key Laboratory of Fenghua Advanced Technology (Fenghua Hi-Tech), þegar lyfjaþéttni er stjórnað innan ákveðins bils (td undir 1,0 mól%), kemur Y³⁺ helst í stað Ti⁴⁺ staði og myndar viðtakandi lyfjamisnotkun. Súrefnislausnin sem myndast hafa tilhneigingu til að aðskiljast meðfram kornamörkum við sintrun, festa mörkin, hindra vöxt korna og mynda fínkorna „kjarna-skel“ uppbyggingu (þ.e. kornakjarna með mikilli rafstraumsstöðu sem er hjúpaður með lágt rafstraumsskel). Þetta eykur að lokum niðurbrotsspennuna, veitir flatan hitaeiginleika og lengir endingartíma MLCCs verulega.
02 Dysprósíumoxíð
Jónradíus Dy³⁺ er 0,912 Å, millistig á milli Ba²⁺ og Ti⁴⁺, sem gerir það að dæmigerðu amfótæru dópefni. Við sintrun getur það samtímis komið í staðinn fyrir bæði Ba²⁺ og Ti⁴⁺ í grindunum, veitt hleðsluuppbót og bæla súrefnislausn. Dysprosium auðgun við kornmörk fínpússar kornin og stuðlar að myndun kjarna-skeljarbygginga, sem skilar framúrskarandi hita-reksbælingu. Það er lykil "afköst eftirlitsstofnanna" fyrir háþróaða, háa rafrýmd, bílaflokka og gervigreindarþjóna MLCC sem krefjast þunnra laga, mikillar rafrýmds og mikillar áreiðanleika.
03 Hólmíumoxíð
Hólmíumoxíð (Ho₂O₃) er hjálparbætiefni fyrir stöðugleika við háan hita. Það er oft notað ásamt dysprosíumoxíði til að víkka enn frekar hitastigið og bæta raforkuafköst við hærra hitastig. Það er hentugur fyrir hágæða MLCC sem krefjast ströngs háhitastöðugleika og áreiðanlegrar notkunar yfir breitt hitastig.
04 Terbíumoxíð
Terbium oxíð lyfjanotkun er aðallega notuð til að hámarka sintunarhegðun og kornamörk og auka þannig getu sem þolir spennu. Tb³⁺ jónin hefur radíus nálægt Ba²⁺ í BaTiO₃ grindinni, þannig að Tb³⁺ kemur helst í stað Ba²⁺ á A-staðnum, sem veldur smá grindarsamdrætti og röskun og myndar „skel-kjarna“ uppbyggingu, sem stjórnar umbreytingarfasa og innri grindahitastig. Að auki skapar Tb³⁺ lyfjanotkun „rafeindagildrur“ sem fanga og bæla á áhrifaríkan hátt langdræga flæði súrefnislausna undir rafsviði og bæta þar með einangrunarþol og niðurbrotsstyrk efnisins.