电容器、电路、电路基板及设备
文献发布时间:2024-04-18 19:58:30
技术领域
本公开涉及电容器、电路、电路基板及设备。
背景技术
以往以来,尝试了二胺向SnS
例如,在非专利文献1中示出了通过向SnS
在非专利文献2中记载了向SnS
现有技术文献
非专利文献1:Morales、Julian、et al."Synthesis and characterization ofdiamine intercalation compounds of SnS2 single crystals."Journal of SolidState Chemistry 150.2(2000):391-398
非专利文献2:Toh、M.L.、et al."Intercalation of organic molecules intoSnS2 single crystals."Journal of Solid State Chemistry 198(2013):224-230
发明内容
发明要解决的技术问题
在非专利文献1和非专利文献2中,停留在通过向SnS
用于解决问题的技术方案
本公开的电容器具备:
第一电极;
第二电极,其与所述第一电极的主面相对置地配置;以及
电介质,其配置在所述第一电极与所述第二电极之间,与所述第一电极以及所述第二电极相接,
与所述主面垂直的特定方向上的所述电介质的电导率σ
发明效果
根据本公开,能够提供新的电容器。
附图说明
图1是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电容器的图。
图2是表示本公开的实施方式涉及的电介质的层状构造的一个例子的图。
图3是以示意的方式表示本公开的实施方式的一个例子涉及的带电介质部件的剖视图。
图4表示层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxide)的晶体构造的一个例子的图。
图5是以示意的方式表示带电介质部件的制造机理的一个例子的图。
图6是以示意的方式表示带电介质部件的制造机理的另一个例子的图。
图7是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电容器的另一个例子的图。
图8A是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电路的图。
图8B是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电路基板的图。
图8C是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的设备的图。
图9是表示SnS
图10是表示用于实施例1涉及的试料的交流阻抗测定的试料的制作方法的图。
图11A是从实施例1涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图(Nyquistplot)。
图11B是表示在图11A中用于拟合(fitting)的等效电路的图。
图12A是表示实施例1涉及的试料的厚度方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。
图12B是表示实施例1涉及的试料的面内方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。
图13是表示实施例1涉及的试料的相对介电常数与交流电压的频率的关系的坐标图。
图14A是从比较例1涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图。
图14B是表示在图14A中用于拟合的等效电路的图。
图15A是表示比较例1涉及的试料的电阻的绝对值与交流电压的频率的关系的波特图(Bode plot)。
图15B是表示比较例1涉及的试料的电阻的相位与交流电压的频率的关系的波特图。
图16A是从比较例2涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图。
图16B是表示在图16A中用于拟合的等效电路的图。
图17A是表示比较例2涉及的试料的电阻的绝对值与交流电压的频率的关系的波特图。
图17B是表示比较例2涉及的试料的电阻的相位与交流电压的频率的关系的波特图。
图18是表示比较例2涉及的试料的厚度方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。
图19是实施例2涉及的带电介质部件的照片。
图20是实施例3涉及的带电介质部件的照片。
图21是表示实施例2涉及的试料的厚度方向和面内方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。
图22A是以示意的方式表示因电导率的各向异性大的材料的取向性低时的块体中的电传导的各向异性而导致的漏电流的产生的图。
图22B是以示意的方式表示因电导率的各向异性大的材料的取向性低时的晶界处的电传导而导致的漏电流的产生的图。
图23是表示非专利文献1所记载的样品的交流阻抗测定中的等效电路的图。
具体实施方式
(成为本公开的基础的见解)
考虑将电导率的各向异性大的材料使用于电容器的电介质。在该情况下,料想在电容器的电介质中漏电流的产生会成为问题。图22A是以示意的方式表示因电导率的各向异性大的材料的取向性低时的块体(bulk)中的电传导的各向异性而导致的漏电流的产生的图。在图22A中,白色的箭头表示施加电压的方向,黑色的箭头表示块体中的电流。图22B是以示意的方式表示因电导率的各向异性大的材料的取向性低时的晶界的电传导而导致的漏电流的产生的图。在图22B中,白色的箭头表示施加电压的方向,黑色的箭头表示晶界处的电流。
如图22A所示,若在电导率的各向异性大的材料的取向性低时施加电压,则在块体中会在电导率高的方向上流动电流,可能会产生漏电流。而且,若在电导率的各向异性大的材料的取向性低、晶界的电阻低时施加电压,则可能因晶界处的电传导而产生漏电流。因此,在电导率的各向异性大的材料的取向性低的情况下,在使用了该材料的电容器中,认为会容易产生漏电流,难以实现所希望的特性。
根据非专利文献1,为了测定电导率,施加了6ton cm
鉴于这样的状况,本发明人为了开发能够在使用电导率的各向异性大的材料来作为电介质的同时降低漏电流的电容器,反复进行了深入研究。本发明人反复进行了大量试验,结果终于研究出了本公开的电容器。
(本公开涉及的一个技术方案的概要)
本公开的第1技术方案涉及的电容器具备:
第一电极;
第二电极,其与所述第一电极的主面相对置地配置;以及
电介质,其配置在所述第一电极与所述第二电极之间,与所述第一电极以及所述第二电极相接,
与所述主面垂直的特定方向上的所述电介质的电导率σ
根据第1技术方案涉及的电容器,与第一电极的主面垂直的特定方向上的电介质的电导率σ
本公开的第2技术方案例如是在第1技术方案涉及的电容器中,所述电介质也可以在所述特定方向上取向。由此,电容器中的漏电流容易更切实地降低。
本公开的第3技术方案例如是在第1技术方案或者第2技术方案涉及的电容器中,所述电介质也可以具有沿着与所述特定方向垂直的方向延伸的层状构造。根据第3技术方案,通过电介质的层状构造,特定方向上的电介质的电导率σ
本公开的第4技术方案例如是在第3技术方案涉及的电容器中,所述层状构造也可以具有包含二胺的第一层和与所述第一层交替地配置且包含硫化锡(IV)的第二层。根据第4技术方案,被施加了电压时,电荷会在第二层中移动,另一方面,能通过第一层防止电荷的移动。结果,电容器的静电电容容易变高。
本公开的第5技术方案例如是在第4技术方案涉及的电容器中,所述硫化锡(IV)也可以为单晶。根据第5技术方案,容易更切实地降低电容器中的漏电流。
本公开的第6技术方案例如是在第4技术方案或者第5技术方案涉及的电容器中,所述二胺也可以为乙二胺。根据第6技术方案,容易进行第一层和第二层的交替层叠。
本公开的第7技术方案例如是在第3技术方案涉及的电容器中,所述层状构造也可以由层状双氢氧化物构成。根据第7技术方案,即使是在层状构造由层状双氢氧化物构成的情况下,电容器中的漏电流也容易降低。而且,电容器的静电电容容易变高。
本公开的第8技术方案例如是在第7技术方案涉及的电容器中,所述层状双氢氧化物也可以包含多齿配体。根据第8技术方案,电容器的静电电容容易变高。
本公开的第9技术方案例如是在第8技术方案涉及的电容器中,所述多齿配体也可以包含从乙酰丙酮和柠檬酸盐中选择的至少一种。根据第9技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第10技术方案例如是在第7技术方案~第9技术方案中的任一技术方案涉及的电容器中,所述层状双氢氧化物也可以包含过渡金属。根据第10技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第11技术方案例如是在第10技术方案涉及的电容器中,所述过渡金属也可以包括从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W以及Ru中选择的至少一种。根据第11技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第12技术方案例如是在第10技术方案或者第11技术方案涉及的电容器中,所述过渡金属也可以为从Ni和Fe中选择的至少一种。根据第12技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第13技术方案例如是在第7技术方案~第12技术方案中的任一技术方案涉及的电容器中,从所述第一电极和所述第二电极中选择的至少一者也可以包含金属材料。而且,所述金属材料也可以包含从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni以及Cu中选择的至少一种。根据第13技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第14技术方案例如是在第13技术方案涉及的电容器中,所述金属材料也可以包含Ni。根据第14技术方案,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第15技术方案例如是在第1技术方案~第14技术方案中的任一技术方案涉及的电容器中,从所述第一电极和所述第二电极中选择的至少一者也可以为金属板。根据第15技术方案,能够使用金属板作为电极。而且,电容器的静电电容容易提高。
本公开的第16技术方案例如是在第1技术方案~第15技术方案中的任一技术方案涉及的电容器中,所述电导率σ
本公开的第17技术方案涉及的电路具备第1技术方案~第16技术方案中的任一技术方案涉及的电容器。根据第17技术方案,电容器中的漏电流容易降低,因此,电路的特性容易提高。
本公开的第18技术方案涉及的电路基板具备第1技术方案~第16技术方案中的任一技术方案涉及的电容器。根据第18技术方案,电容器中的漏电流容易降低,因此,电路基板的特性容易提高。
本公开的第19技术方案涉及的设备具备第1技术方案~第16技术方案中的任一技术方案涉及的电容器。根据第19技术方案,电容器中的漏电流容易降低,因此,设备的特性容易提高。
以下,参照附图,对本公开的实施方式进行说明。本公开不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
图1是以示意的方式表示本公开的实施方式的一个例子涉及的电容器1a的图。在图1中,x轴和y轴相互正交。如图1所示,电容器1a具备第一电极11、第二电极12以及电介质20。第二电极12与第一电极11的主面相对置地配置。相对于第一电极11的主面,第二电极12配置在特定方向(x轴方向)上。电介质20在特定方向上配置在第一电极11与第二电极12之间。电介质20与第一电极11以及第二电极12相接。例如,电介质20与第一电极11的主面以及第二电极12的主面相接。第二电极12的接触于电介质20的主面例如与第一电极11的与电介质20相接的主面平行地延伸。第一电极11的主面既可以是平坦的,也可以在第一电极11的主面存在高低差和微少的凹凸。第一电极11的主面也可以为多孔体表面。与第一电极11的主面垂直的特定方向上的电介质20的电导率σ
在将电导率的各向异性大的材料用于电容器的电介质的情况下,若能够在电介质中提高该材料的电导率低的方向上的取向性,则容易抑制漏电流。另一方面,为了在层叠陶瓷电容器等电容器的制造中提高电介质的密度,有时对电介质施加高压力。这样的高压力的施加难以提高电介质中的材料的取向性。这样,在电容器的电介质中提高该材料的电导率低的方向上的取向性并不容易。另一方面,本发明人通过根本性地重新研究电容器的制造条件,而获得了能够提高电容器的电介质中的材料的取向性这一新的见解。基于该新的见解而提出了电容器1a。
σ
在电介质20中,只要满足σ
如上述那样,在电介质20中满足了σ
电介质20例如在特定方向上取向。换言之,电介质20具有在特定方向上取向的晶体构造。对于电介质20是否具有这样的晶体构造,例如可以基于通过电介质20的X射线衍射(XRD)分析获得的XRD图案中的峰值来进行确认。根据这样的构成,电容器1a中的漏电流容易更切实地降低。电介质20也可以具有仅在特定方向上取向的晶体构造。
电介质20例如具有沿着与特定方向垂直的方向延伸的层状构造25。由此,在电介质20中,电导率σ
图2是表示电介质20的层状构造25的一个例子的图。层状构造25例如具有第一层21和第二层22。第一层21和第二层22在特定方向(x轴方向)上交替地配置。例如,交替的配置也可以是交替地层叠第一层21和第二层22。第一层21是包含二胺的层。第二层22是包含硫化锡(IV)SnS
第二层22中的SnS
只要能够形成层状构造25,第一层21所包含的二胺不限定于特定的二胺。二胺例如为烷基二胺或者芳基二胺。烷基二胺的烷基或者芳基二胺的芳基具有的碳原子的数量例如既可以为10以下,也可以为6以下,还可以为4以下,又可以为3以下。二胺也可以包括乙二胺。在该情况下,向SnS
例如,在层状构造25的特定方向上的两端配置有第二层22。
电容器1a中的第一电极11和第二电极12的材料不限定于特定材料。第一电极11和第二电极12各自例如包含金属、合金或者导电性的金属化合物。
从第一电极11和第二电极12中选择的至少一者也可以为金属板。由于能够使用金属板作为电极,因此,电容器1a的静电电容容易提高。
只要满足σ
也可以通过真空工艺、镀敷以及涂敷等方法,在电介质20的主面分别形成第一电极11和第二电极12。由此,电介质20的电导率的各向异性被较大地保持,σ
(实施方式2)
层状构造25也可以由层状双氢氧化物(LDH)构成。图3是以示意的方式表示本实施方式的一个例子涉及的带电介质部件40的剖视图。如图3所示,带电介质部件40具备电极41和电介质50。电极41既可以是实施方式1中记载的第一电极11,也可以是第二电极12。电介质50包含LDH。LDH与电极41接触。电介质50例如设置为与电极41的表面直接相接。因此,带电介质部件40从提高电容器的静电电容的观点出发是有利的。而且,通过层状构造25由LDH构成,电容器中的漏电流容易降低。
图4是以示意的方式表示LDH30的晶体构造的一个例子的图。LDH30例如具有存在于层状的金属氢氧化物层的表面的OH基、和被插入于层间的阴离子等带负电的分子。LDH30例如具有由[M1
LDH30例如也可以包含过渡金属的离子来作为金属离子。LDH30也可以包含从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W以及Ru中选择的至少一种来作为过渡金属。根据这样的构成,电容器1a的静电电容容易提高。
LDH30也可以包含从Ni和Fe中选择的至少一种来作为过渡金属。根据这样的构成,电容器1a的静电电容容易提高。
层叠方向上的LDH30的微晶(crystallite)尺寸既可以为10nm以下,也可以为5nm以下。层叠方向上的LDH30的微晶尺寸的下限值不限定于特定值。该下限值既可以为1.5nm,也可以为2nm。层叠方向例如意味着特定方向(x轴方向)。层叠方向上的LDH30的微晶尺寸例如能够使用X射线衍射装置(XRD)来求出。
LDH30例如在平面方向上具有六边形的微晶。平面方向上的LDH30的微晶尺寸既可以为10nm以下,也可以为5nm以下。平面方向上的LDH30的微晶尺寸的下限值不限定于特定值。该下限值既可以为1.5nm,也可以为2nm。平面方向例如意味着与层叠方向垂直的方向。层叠方向上的LDH30的微晶尺寸与平面方向上的LDH30的微晶尺寸既可以相同,也可以不同。层叠方向上的LDH30的微晶尺寸与平面方向上的LDH30的微晶尺寸之差例如为5nm以下。平面方向上的LDH30的微晶尺寸例如能够使用X射线衍射装置(XRD)来求出。在本公开中,“微晶尺寸”意味着利用谢乐(Scherrer)公式根据XRD的结果求出的层叠方向和平面方向上的LDH30的微晶尺寸。
A
如图4所示,LDH30在将M1
LDH30也可以包含多齿配体。在该情况下,在LDH30中,多齿配体也可以与金属离子配位。由此,容易获得由LDH30将电极41的表面的大范围覆盖而得到的带电介质部件。另外,能够使LDH30的分散稳定性进一步提高。而且,当LDH30包含多齿配体时,LDH30的粒径容易变小。其结果,容易减小包括LDH30的电介质50的厚度,容易使电容器的静电电容提高。
多齿配体不限定于特定的多齿配体。多齿配体例如为在LDH30中与金属配位的有机化合物。多齿配体也可以是从二齿有机配体和三齿有机配体中选择的至少一种。多齿配体的例子为β-二酮、β-酮酯以及羟基羧酸。β-二酮的例子为乙酰丙酮(ACAC)、三氟乙酰丙酮、六氟乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、2-噻吩甲酰三氟丙酮、二叔戊酰甲烷、二苯甲酰甲烷以及抗坏血酸。β-酮酯的例子为乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸烯丙酯、乙酰乙酸苄酯、乙酰乙酸正丙酯、乙酰乙酸异丙酯、乙酰乙酸正丁酯、乙酰乙酸异丁酯、乙酰乙酸叔丁酯、乙酰乙酸-2-甲氧基乙酯以及3-氧代戊酸甲酯。羟基羧酸及其盐的例子为酒石酸、柠檬酸、苹果酸、葡糖酸、阿魏酸、乳酸、葡糖醛酸以及它们的盐。多齿配体也可以包含从乙酰丙酮和柠檬酸三钠中选择的至少一种。多齿配体也可以包含从乙酰丙酮和柠檬酸盐中选择的至少一种。
对于LDH30包含多齿配体,例如能够通过紫外可见吸光度测定法(UV-vis)确认LDH30的紫外可见吸收光谱来进行判断。例如,在多齿配体为乙酰丙酮(ACAC)的情况下,通过UV-Vis在300nm附近观测到由来于ACAC的吸收峰。
在层状构造25由LDH构成的情况下,电极41也可以包含金属材料。即,从第一电极11和第二电极12中选择的至少一者也可以包含金属材料。金属材料典型地具有导电性。金属材料也可以包含从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni以及Cu中选择的至少一种。金属材料也可以包含Ni。由此,电容器1a的静电电容容易提高。
在层状构造25由LDH30构成的情况下,电极41也可以为金属板。即,从第一电极11和第二电极12中选择的至少一者也可以为金属板。由于能够使用金属板来作为电极,因此,电容器1a的静电电容容易提高。
在层状构造25由LDH30构成的情况下,带电介质部件40的制造方法不限定于特定方法。图5是以示意的方式表示带电介质部件40的制造机理的一个例子的图。在包含金属离子M1和M2的液体14中存在包含金属材料的电极41的状态下使液体14的pH上升,生成LDH30。由此,形成与电极41接触的、包含LDH30的层状构造25,能够制造带电介质部件40。
在生成LDH30的情况下,例如将液体14在常温下调节为碱性。即,在常温下使液体14的pH上升。由此,能够更切实地生成LDH30。此外,“常温”意味着如日本产业标准(JIS)Z8703规定那样的20℃±15℃的温度范围。
液体14所包含的金属离子也可以包括从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W以及Ru中选择的至少一种金属的离子。根据这样的构成,在带电介质部件40中,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
液体14所包含的金属离子也可以包括从Ni和Fe中选择的至少一种金属的离子。根据这样的构成,在带电介质部件40中,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
电极41所包含的金属材料也可以包括从V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、以及Cu中选择的至少一种。根据这样的构成,在带电介质部件40中,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
电极41所包含的金属材料也可以包含Ni。根据这样的构成,在带电介质部件40中,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
电极41也可以为金属板。由于能够对电极41使用金属板,因此,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
图6是以示意的方式表示带电介质部件40的制造机理的另一个例子的图。基于图6所示的机理的带电介质部件40的制造方法除了特别地说明的部分之外,与基于图5所示的机理的制造方法是相同的。对在这些制造方法中相同或者对应的构成要素标记同一附图标记,并省略详细的说明。
首先,调制包含金属离子M2和多齿配体60的液体14,在该液体14中配置电极41。接着,在液体14中存在电极41的状态下,例如在常温下使该液体14成为碱性。也即是,使液体14的pH上升。此时,多齿配体60的一部分与电极41所包含的金属材料反应,形成多齿配体60和电极41所包含的金属离子M3的络合物61。而且,在液体14中,也形成多齿配体60的一部分和液体14的金属离子M2的络合物62。接着,络合物61和62在电极41的表面上反应,在电极41的表面生成LDH30。由此,LDH30以与电极41的表面相接触的状态被配置。而且,由于络合物61和62包含多齿配体60,因此,LDH30的结晶成长被抑制。由此,在电极41的表面形成包含LDH30的电介质层50,获得带电介质部件40。除此之外,也可以通过络合物61和62在液体14中反应而生成LDH30。也可以通过这样生成的LDH30与电极41的表面接触地进行配置来形成包含LDH30的电介质层50。
如图6所示,在带电介质部件40的制造中,在液体14中也可以包含多齿配体60。由此,电极41的表面的LDH30的覆盖率容易提高。作为多齿配体60,例如能够使用上述的多齿配体。在带电介质部件40的制造中,多齿配体60也可以包含从乙酰丙酮和柠檬酸盐中选择的至少一种。由此,电极41的表面的大范围容易由LDH30覆盖。
金属离子和多齿配体可以按任意的顺序添加到液体14中。将pH调整为比7大的值的方法、也即是将液体14调整为碱性的方法不限定于特定方法。例如,也可以将包含金属离子和多齿配体的水溶液和碱性水溶液混合,来将液体14调节为碱性。或者,也可以对包含金属离子和多齿配体的水溶液添加pH上升剂,对液体14的pH进行调整。pH上升剂不限定于特定化合物。pH上升剂例如具有环氧基。pH上升剂的例子为环氧丙烷、环氧乙烷以及环氧丁烷。
环氧丙烷等pH上升剂具有环氧基。当对液体14添加环氧丙烷等pH上升剂时,在氯化物离子等亲核试剂的存在下,伴随着环氧基的开环反应,pH上升剂能够从液体14捕捉氢离子。由此,液体14的pH上升,液体14从酸性转换为碱性。即,液体14的pH上升,液体14能够具有碱性。包含金属离子和多齿配体的液体14的pH例如为1。在对该液体14添加了pH上升剂时,液体14的pH例如从1开始逐渐上升,最终,液体14能够具有碱性。此时的液体14的pH例如为8以上且12以下。
在本实施方式的带电介质部件40的制造方法中,也可以使上述的碱性的液体14的pH进一步上升。pH也可以逐渐上升。
使上述的碱性的液体14的pH进一步上升的方法的例子为向包含金属离子和多齿配体的液体14中加入碱性的水溶液的方法。或者,添加到了包含金属离子和多齿配体的液体14中的pH上升剂也能够使液体14的pH上升。通过对液体14添加pH上升剂,进行从液体14捕捉氢离子的反应。由此,液体14的pH逐渐上升。液体14的pH上升而达到稳定状态所需要的时间例如为24小时以上,例如可以为几天。在液体14的pH上升而达到了稳定状态时,液体14的pH例如为8以上且12以下。
在带电介质部件40的制造中,液体14所包含的金属离子和多齿配体例如形成对于20℃~25℃的水的溶解度为2g/升以上的络合物。也即是,在带电介质部件40的制造中,络合物61和62各自对于20℃~25℃的水的溶解度例如为2g/升以上。若是这样的浓度,则会形成多齿配体容易分散于液体中的络合物61和62,从生成LDH的观点出发是有利的。络合物61和62对于水的溶解度例如可以参照Chemical Book等数据库来决定。
本发明人认为通过适当地对液体14中的多齿配体60的浓度进行调节,络合物61与络合物62会容易地进行反应。详细而言,本发明人认为通过适当地对液体14中的多齿配体60的浓度进行调节,络合物61所包含的金属离子M3与络合物62的金属离子M2会容易地进行反应,会容易地生成LDH30。例如,当在液体14中过剩地存在多齿配体60时,容易进行多齿配体60与金属离子M3的反应或者多齿配体60与金属离子M2的反应。由此,络合物61所包含的金属离子M3和络合物62所包含的金属离子M2的反应速度可能降低。其结果,认为在液体14中难以生成LDH30。在本实施方式涉及的带电介质部件40的制造方法中,例如液体14中的多齿配体60的浓度被适当地进行调节,因此,能够容易地生成LDH30。
在带电介质部件40的制造方法中,液体14中的多齿配体60的浓度相对于液体14中的金属离子的合计浓度的比率v例如为0.4以下。也即是,在带电介质部件40的制造中,液体14中的多齿配体60的浓度相对于液体14中的金属离子M2和M3的合计浓度的比率v例如为0.4以下。由此,使用带电介质部件40构成的电容器容易具有高的静电电容。比率v既可以为0.2以上且0.5以下,也可以为0.25以上且0.45以下。
能够提供包括本实施方式涉及的带电介质部件40的电容器用部件。带电介质部件40中的电极41例如能够作为电容器的阳极或者阴极发挥功能。
图7是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电容器的另一个例子的图。
电容器1b具备隔板(separator)71、第一电极80、第二电极90、第一引出端子81以及第二引出端子91。隔板71例如配置在第一电极80与第二电极90之间,将第一电极80和第二电极90隔开。第一引出端子81例如与第一电极80连接。第二引出端子91例如与第二电极90连接。
带电介质部件40包括第一电极80和设置在第一电极80的主面上的电介质50。第一电极80包括在实施方式1中所记载的电极41。“主面”意味着第一电极80的具有最大的面积的面,可以包含作为与第二电极90相面对的面的第一电极80的表面。第一电极80的主面也可以由电介质50覆盖。电介质50包含上述的LDH30。电介质50例如配置在第一电极80与隔板71之间。
根据以上的构成,电容器1b包括带电介质部件40,因此,电容器1b能够具有高电容。
(实施方式3)
图8A是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电路3的图。如图8A所示,电路3具有在实施方式1中描述过的电容器1a。电路3不限定于特定电路。电路3既可以为有源电路,也可以为无源电路。电路3既可以为放电电路,也可以为平滑电路,还可以为去耦电路,又可以为耦合电路。电路3具备电容器1a,因此,电路3容易具有所希望的特性。例如,在电路3中容易通过电容器1a来降低噪声。电路3也可以代替电容器1a而具备在实施方式2中描述过的电容器1b。
图8B是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的电路基板4的图。如图8B所示,电路基板4具备在实施方式1中描述过的电容器1a。电路基板4不限定于特定的电路基板。电路基板4例如具备电路3。电路基板4既可以为嵌入式板,也可以为母板。电路基板4也可以具备在实施方式2中描述过的电容器1b来代替电容器1a。
图8C是以示意的方式表示本公开的实施方式涉及的设备7的图。如图8C所示,设备7具备在实施方式1中描述过的电容器1a。设备7不限定于特定设备。设备7例如具备电路基板4。设备7既可以为电子设备,也可以为通信设备,还可以为信号处理装置,又可以为电源装置。设备7既可以为服务器,也可以为AC适配器,还可以为加速器,又可以为液晶显示装置(LCD)等平板显示器。设备7既可以为USB充电器,也可以为固态硬盘驱动器(SSD),还可以为PC、智能手机以及平板电脑PC等信息终端,又可以为以太网开关。设备7也可以具备在实施方式2中描述过的电容器1b来代替电容器1a。
实施例
以下,通过实施例更加详细地说明本公开。此外,以下的实施例为一个例子,本公开不限定于以下的实施例。
(实施例1)
利用气体燃烧器使Qsil公司制的石英玻璃管的一端熔融而将其封闭。另外,进行了石英玻璃管的切断加工,以使得成为大约20cm的长度。这样制作了玻璃容器。石英玻璃管的外径为13mm,石英玻璃管的壁厚为1.25mm。在通过旋转泵减压为10Pa以下的大约300℃的环境下对玻璃容器进行加热,进行了脱水处理。参照在照明学会志第74卷第9号595页~600页所记载的、那须等的报告“从石英玻璃中放出气体”,认为通过该脱水处理,除去了大约7.31×10
在用液氮对加入了SnS
(X射线衍射测定)
使用Panalytical公司制的X射线衍射装置X’Pert Pro,取得了实施例1涉及的样品的基于2θ/θ扫描的X射线衍射(XRD)图案。而且,使用将板状的SnS
图9是表示SnS
根据实施例1涉及的样品和SnS
(交流阻抗测定)
图10是表示用于实施例1涉及的样品的交流阻抗测定的试料的制作方法的图。如图10所示,将实施例1涉及的样品Sa夹在电极E1与电极E2之间,以0.04MPa的压力L进行加压,制作了交流阻抗测定用的试料。作为电极E1和电极E2,使用了TOYO Corporation制的4端子样品支架SH2-Z。电极E1和电极E2各自具有2.5mm的直径。而且,实施例1涉及的样品的厚度为0.53mm。
将Solartron Analytical公司制的频率响应分析器Model 1260A和恒电位仪(potentiostat)Model 1287A组合,构成了阻抗分析器。使用该阻抗分析器,对上述的交流阻抗测定用的试料进行了交流阻抗测定。在该测定中,以10
图11A和图11B分别是表示从实施例1涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图和在拟合中所使用的等效电路的图。在图11A中,纵轴表示电阻的虚数值,横轴表示电阻的实数值。而且,白色的标绘表示实测值。将通过使用了图11B所示的等效电路的拟合来决定的各成分的值表示于表1。
在理想的电容器中,奈奎斯特图为纵向直线。另一方面,当漏电流变多时,奈奎斯特图描绘出圆弧状的轨迹。相对于非专利文献1的FIG.6所记载的奈奎斯特图描绘了圆弧状的轨迹,关于实施例1涉及的试料的奈奎斯特图为直线性的。相对于非专利文献1的奈奎斯特图的圆弧为25MΩ左右的大小,在关于实施例1涉及的试料的拟合中所使用的等效电路的体电阻大到了11GΩ。体电阻大意味着容易降低漏电流。
图12A是表示实施例1涉及的试料的厚度方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。在图12A中,纵轴表示电导率,横轴表示频率。图12B是表示实施例1涉及的试料的面内方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。在与实施例1同样地制作出的样品中,使用化研科技株式会社(KAKEN TECH Co.,Ltd)制的银糊剂(TK糊剂)来形成独立的4个端子,通过交流4端子法测定了电导率。使探针触碰于这4个端子,与实施例1同样地进行了面内方向上的电导率的测定。在图12B中,纵轴表示电导率,横轴表示频率。根据图12A,在频率10
另一方面,根据图12B能理解为,实施例1涉及的试料的面内方向上的10
图13是表示实施例1涉及的试料的相对介电常数与交流电压的频率的关系的坐标图。在图13中,纵轴表示相对介电常数,横轴表示频率。根据图13,在1Hz~1×10
(比较例1)
除了代替0.2g的SnS
(交流阻抗测定)
除了代替实施例1涉及的样品而使用比较例1涉及的样品、并且将压力L的值变更为2.72MPa来使样品为颗粒(pellet)状以外,与实施例1同样地制作了比较例1涉及的交流阻抗测定用的试料。电极的直径为10mm,颗粒状的试料的厚度为0.99mm。对于该试料,与实施例1同样地进行了交流阻抗测定。该试料通过作为粉末的样品成形为颗粒状来获得,因此,能理解为在该试料中晶体取向是随机的。换言之,能理解为该试料处于无取向状态。
图14A和图14B分别是表示从比较例1涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图和在拟合中所使用的等效电路的图。在图14A中,纵轴表示电阻的虚数值,横轴表示电阻的实数值。在图14A中,白色的标绘表示实测值,实线表示拟合的结果。将通过使用了图14B所示的等效电路的拟合而决定的各成分的值表示于表1。
图15A是表示比较例1涉及的试料的电阻的绝对值与交流电压的频率的关系的波特图。在图15A中,纵轴表示电阻的绝对值,横轴表示频率。图15B是表示比较例1涉及的试料的电阻的相位与交流电压的频率的关系的波特图。在图15B中,纵轴表示电阻的相位,横轴表示频率。在图15A和图15B中,白色的标绘表示实测值,实线表示拟合的结果。
在奈奎斯特图和波特图中,拟合的结果都与实测值一致,能理解为拟合的结果是适当的。根据表1,在由比较例1涉及的样品制作的试料中,能理解为存在起因于晶界的电阻。比较例1涉及的试料的阻抗比实施例1涉及的试料的阻抗低3个数量级以上。这被理解为在比较例1涉及的试料中是起因于取向性低、体电阻低。根据表1,可理解为比较例1涉及的试料的体电阻比实施例1涉及的试料的体电阻低4个数量级左右。在假如取向性不影响电容器的性能的情况下,比较例1涉及的试料的体电阻应该与实施例1涉及的试料的体电阻一致。换言之,启示了电介质中的高取向性对电容器的性能有很大的贡献。
(比较例2)
与实施例1同样地制作比较例2涉及的样品,除了使用该样品来将压力L的值变更为了530MPa以外,与实施例1同样地制作了比较例2涉及的交流阻抗测定用的试料。可理解为,在该试料中,530MPa这一高的压力被施加于样品,因此,样品中的取向性降低。电极E1和电极E2分别具有2.5mm的直径。而且,比较例2涉及的试料的厚度为0.98mm。
(交流阻抗测定)
对于比较例2涉及的交流阻抗测定用的试料,与实施例1同样地进行了交流阻抗测定。
图16A和图16B分别是表示从比较例2涉及的试料的交流阻抗测定结果获得的奈奎斯特图和在拟合中所使用的等效电路的图。在图16A中,纵轴表示电阻的虚数值,横轴表示电阻的实数值。在图16A中,白色的标绘表示实测值,实线表示拟合的结果。将通过使用了图16B所示的等效电路的拟合而决定的各成分的值表示于表1。
图17A是表示比较例2涉及的样品的电阻的绝对值与交流电压的频率的关系的波特图。在图17A中,纵轴表示电阻的绝对值,横轴表示频率。图17B是表示比较例2涉及的样品的电阻的相位与交流电压的频率的关系的波特图。在图17B中,纵轴表示电阻的相位,横轴表示频率。在图17A和图17B中,白色的标绘表示实测值,实线表示拟合的结果。
在奈奎斯特图和波特图中,拟合的结果都与实测值一致,能理解为拟合的结果是适当的。根据图16A,在奈奎斯特图中呈现了圆弧状的轨迹,示出了与非专利文献1的报告内容相似的结果。而且,根据表1,可理解为,在由比较例2涉及的样品制作的试料中,存在起因于晶界的电阻。能理解为,因530MPa这一高的压力被施加于样品而发生了多晶化。
图18是表示比较例2涉及的试料的厚度方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。根据图18,比较例2涉及的试料的厚度方向上的10
[表1]
(实施例2)
将3.36mL的水和5.04mL的乙醇混合,调制了混合溶剂。乙醇是从富士胶片(FUJIFILM Corporation)和光纯药株式会社购入的。混合溶剂中的水和乙醇的体积比率为2:3。在该混合溶剂中溶解2.14g的氯化镍六水合物和1.22g的氯化铁六水合物,调制了溶液A。氯化镍六水合物和氯化铁六水合物是从富士胶片(FUJIFILM Corporation)和光纯药株式会社购入的。在混合溶剂中溶解了氯化镍六水合物和氯化铁六水合物,以使得Ni离子和Fe离子的合计浓度成为1.0mol/升、且Fe离子的物质量相对于Ni离子和Fe离子的总物质量的比率成为0.33。进一步,在该溶液A中加入460μL的乙酰丙酮(ACAC)来作为多齿配体,而获得了含多齿配体溶液。乙酰丙酮是从Sigma-Aldrich公司购入的。含多齿配体溶液中的乙酰丙酮的物质量为Ni离子和Fe离子的总物质量的三分之一。对含多齿配体溶液进行了30分钟的搅拌。
接着,在上述的含多齿配体溶液中配置了Ni板。Ni板具有2cm见方的尺寸和0.1cm的厚度。含多齿配体溶液的pH为1。Ni板是从日本尼拉克株式会社(Nilaco Corporation)购入的。在25℃下,在含多齿配体溶液中添加环氧丙烷(POX)作为pH上升剂,而获得了混合溶液。此时,对POX的添加量进行了调整,以使得POX的物质量相对于混合溶液中的氯化物离子的物质量之比成为2。具体而言,在含多齿配体溶液中添加4.58mL的POX,而获得了混合溶液。混合溶液的pH保持为1不变。对所获得的混合溶液进行1分钟的搅拌。此时,POX逐渐捕捉溶液中的氢离子,因此,溶液的pH逐渐上升。将所获得的溶液静置了3天左右。此时的溶液的pH为9.5。在将所获得的溶液静置了3天左右之后,对实施例2涉及的带电介质部件进行了回收。
在此,根据添加到了混合溶剂的氯化镍六水合物的量和氯化铁六水合物的量,料想为溶液所包含的Ni和Fe全部理想地进行了反应的情况下的LDH的生成量为1520mg。而且,由于所使用的Ni板的体积为0.4cm
此外,上述的LDH的生成量的预想值是如以下那样导出的。根据在LDH的调制中所使用的氯化镍六水合物的量和氯化铁六水合物的量,分别算出了Ni离子的物质量和Fe离子的物质量。而且,在LDH的调制中所使用的上述化合物为氯化物,因此,根据电中性的观点,料想为所生成的LDH的组成为Ni
(实施例3)
除了在溶液A中未添加ACAC之外,与实施例2同样地获得了实施例3涉及的带电介质部件。在实施例3中,比率R1也为2.3。
(比较例3)
作为比较例3,使用了未处理的Ni板。Ni板具有2cm见方的尺寸和0.1cm的厚度。在该Ni板的表面形成了氧化镍的皮膜。
[评价1:带电介质部件的表面的观察]
图19是实施例2涉及的带电介质部件的照片。图20是实施例3涉及的带电介质部件的照片。如图19和图20所示,认为在比Ni板着色浓的部位存在LDH。
关于实施例2和实施例3涉及的带电介质部件,对于比Ni板着色浓的部位和可看到Ni板的颜色的部位实施了元素分析。具体而言,关于实施例2和实施例3涉及的带电介质部件,通过扫描型电子显微镜(SEM)观察了表面,通过能量色散型X射线分析(EDX)进行了元素分布测量(mapping)。此时,基于EDX的元素分布测量的检测深度例如为几百μm。将检测对象区域定义为(通过SEM观察到的带电介质部件的特定表面的面积)×(基于EDX的元素分布测量的检测深度)。作为Fe的摩尔比率,求出了Fe原子的物质量[mol]相对于该检测对象区域所包含的全部原子的物质量的总和[mol]的比率。在实施例2涉及的带电介质部件中,比Ni板着色浓的部位处的Fe的摩尔比率为0.3%。另一方面,在实施例2涉及的带电介质部件中,可看到Ni板的颜色的部位处的Fe的摩尔比率小于检测极限。Fe为LDH所包含的元素。因此,根据上述的结果,启示了实施例2涉及的带电介质部件在Ni板上存在LDH。
同样地,在实施例3涉及的带电介质部件中,比Ni板着色浓的部位处的Fe的摩尔比率为0.3%。另一方面,在实施例3涉及的带电介质部件中,可看到Ni板的颜色的部位处的Fe的摩尔比率小于检测极限。因此,启示了实施例3涉及的带电介质部件在Ni板上存在LDH。
[评价2:电容评价]
对实施例2涉及的带电介质部件、实施例3涉及的带电介质部件以及比较例3涉及的未处理的Ni板的电容进行了评价。在测定中使用了Princeton Applied Research公司制的恒电位仪VersaSTAT4。在以下的测定条件下,用三电极系统进行了阻抗测定。
[测定条件]
·作用极:实施例2涉及的带电介质部件、实施例3涉及的带电介质部件或者比较例3涉及的未处理的Ni板
·参考极:可逆氢电极
·对极:铂线
·溶液:0.5mol/升NaCl溶液
·测定频率:1Hz~10000Hz
·交流中心电位:开路电位
·交流电压:100mV
基于在上述的测定中获得的阻抗的实部Z
C={Z
[表2]
实施例2和实施例3涉及的带电介质部件中的电容,比比较例3涉及的未处理的Ni板中的电容高。也即是,实施例2和实施例3涉及的带电介质部件具有高电容。通过在Ni板上包含LDH,能够获得具有高电容的带电介质部件。
(实施例4)
在实施例4中进行了基于水热合成的粉体的合成和各向异性的评价。在80ml的水中溶解1177.6mg的氯化镍六水合物、1297.4mg的氯化铁六水合物以及277.6mg的六亚甲基四胺,获得了混合溶液。氯化镍六水合物和氯化铁六水合物使用了从富士胶片(FUJIFILMCorporation)和光纯药株式会社购入的产品。将混合溶液填充到氟树脂制的容器中,用不锈钢制的耐压夹具进行了密闭,以使得在加热时不泄漏。通过在180℃下将被填充到了氟树脂制的容器的试料保持10小时,而进行了LDH的水热合成。在冷却后从容器中取出了所合成的试料。在为了除去杂质而用流水进行30分钟清洗之后,使之自然干燥,获得了实施例4涉及的带电介质部件。
[评价3:电导率的测定]
除了使用实施例4涉及的LDH以外,通过与实施例1同样的方法,实施了实施例4涉及的试料的厚度方向上的阻抗测定。在实施例4涉及的试料的面内方向上的阻抗测定中,与实施例1同样地,使用化研科技株式会社(KAKEN TECH Co.,Ltd)制的银糊剂(TK糊剂),形成独立的4个端子,通过交流4端子法测定了电导率。将结果表示于图21。图21是表示实施例4涉及的试料的厚度方向和面内方向上的电导率与交流电压的频率的关系的坐标图。在图21中,纵轴表示电导率,横轴表示频率。
根据图21,实施例4涉及的试料的面内方向上的1Hz下的电导率为6.7×10
产业上的可利用性
本公开涉及的电容器从降低漏电流的观点来看是有用的。
- 一种电路基板设备
- 电介质、电容器、电气电路、电路基板及设备
- 电介质、电容器、电气电路、电路基板及设备