介电材料综述「材料前沿」

今天带来介电材料综述「材料前沿」，关于介电材料综述「材料前沿」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

有人说，这个世界不缺乏新闻，学术界也不缺乏论文。真正稀缺的是解读信息背后的规律和自我思考的创新力。在论文齐飞的今天，每时每刻都有新的发现进展。2020年飞逝而去，D君对几大具有代表性的介电材料领域重量级论文进行梳理。

辞旧迎新，又到了一年一度的盘点总结。D君在这里将与你分享几大具有代表性的观点，回看2020。打开《介电高分子材料》，每天阅读一点，积累分析和思考的高度。

2020年中层出不穷的论文热点背后，能总结出哪些富有启发性的观点？2020年在介电高分子材料领域内，有哪些研究论文值得注意？D君再次穿梭时空，从时间线轴中搜索，筛选出以下几组观点与你共享。内容仅代表个人浅见，欢迎不同声音探讨！如若有遗漏，请多海涵，并请尽快联系D君。

《介电高分子材料》给你不一样的高度

几组精选特辑，看懂2020

介电材料领域涵盖相对较广，不仅包括常见的介电高分子复合材料，还涉及铁电、压电、铁电，多铁，磁性材料，电卡与储能，微波介质材料，无机陶瓷材料等。由于内容众多，在此D君以时间顺序进行梳理，分别从专著、综述和实验论文三大方面与您共享。

1. 专著篇

1.《Advanced Dielectric Materials for Electrostatic Capacitors》

Edited by Qi Li

Affiliations: Tsinghua University, Bejing, China

ISBN: 978-1-78561-988-5(hardback)

ISBN: 978-1-78561-989-2(PDF)

储能是电介质最常见也是目前最热门的研究方向。电容器是在电场中储存能量的无源电子元件，其应用包括电力调节、信号处理、电机启动和储能。电容器能容纳的最大电荷在很大程度上取决于其内部的介电材料。介电材料性能的提升是电容器更迭换代的最大推动者。如今，大功率电子、可再生能源、混合动力电动汽车和电动飞机等领域的不断发展，迫切需要更先进的静电电容器技术。

该书由清华大学李琦副教授主编，集结了在介电储能领域几大高手研究团队，同时融合产业制造技术，内容上涉及材料科学、电子工程、信息技术等多学科交叉，为工业和学术界研究者们提供了一个关键介电材料电容器技术系统概述。

该书涵盖了最先进的介电材料的制备和表征，包括陶瓷、聚合物和聚合物纳米复合材料，以及当下热门的储能、微波通信和多层陶瓷电容器。内容共分10章，依次介绍了静电电容器技术、电容器电介质表征技术、用于高能电容器的介电聚合物和介电超材料、聚合物/纳米填料复合材料、静电储能用高温聚合物基电介质、用相场计算法设计和模拟电容电介质、聚合物电介质的合理设计、高能量密度电容器用无机电介质、微波通信用陶瓷电介质、多层电容器用陶瓷电介质，最后两章展望了聚合物和陶瓷的发展前景。

热评：众高手团队云集打造，该书编者既有业界资深工程师、先进仪器制造商团队，又有理论计算和材料学术研究科学家，为读者展示了介电材料从材料科学-应用理论-表征测试-设计制造-储能应用的多维丰富知识集锦，相信定会给介电储能研究者带来别样的启发。

链接: https://digital-library.theiet.org/content/books/po/pbpo158e

2.《Ion Irradiation of Dielectrics for Phothnic Applications》

Edited by Feng Chen1, Hiroshi Amekura2, Yuechen Jia1

Affiliations: 1.Shandong University, Jinan, China; 2.National Institute of Materials Science (NIMS), Japan

ISBN: 978-981-15-4606-8(hardback)

ISBN: 978-981-15-4607-5(PDF)

载能离子束辐照（注入）技术是一种常用的材料表面改性技术。早在50年代，离子辐照技术就已经被开发出来用于半导体工艺中p-n结的研制。但由于其需要较为复杂和昂贵的离子加速设备，离子辐照技术在较长时间内未受到很大的关注。但随着半导体工艺对集成电路的复杂程度、元件密度等的要求越来越高，离子束技术高精度的材料加工、改性、掺杂等优势在半导体芯片生产中则逐渐展现出难以替代的重要性。

该书由山东大学陈峰、贾曰辰教授与日本国立材料研究所Hiroshi Amekura（雨仓宏）研究员合作撰写，从基本物理机制和功能性研究等方面全面介绍了载能离子束辐照技术在介电材料的材料改性、纳米材料的合成、介电晶体微纳光子学器件等多方面研究的发展历程。

该书着重总结了能离子束技术在有源/无源光波导、铌酸锂单晶薄膜（LNOI）、光子晶体、光学微腔、金属纳米颗粒等微纳光子学材料/结构研制方面最前沿的研究进展，概述了其在电光调制、紧凑型激光、光放大、非线性频率转换等光子学器件应用方面的研究成果，展示了离子束技术在光学电介质材料加工中的独特能力。

热评：电介质物理学内容涵盖极为广阔，除了在储能外，在光电方面具有极为重要的应用。该书涵盖微纳加工技术、材料科学、集成光子学、激光与非线性光学、等离子体光子学等多领域学科，为相关领域的科研人员提供了一个深入了解离子束技术和应用的有利工具。

链接: https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-15-4607-5

3. 《Ferroelectric-Gate Field Effect Transistor Memories Device Physics and Applications: Device Physics and Applications, 2ND EDITION》

Edited by Byung-Eun Park1, Hiroshi Ishiwara2, Masanori Okuyama3,

Shigeki Sakai4, Sung-Min Yoon5

Affiliations: 1.University of Seoul, Seoul, Korea (Republic of);2.Tokyo Institute of Technology,Yokohama, Japan;3.Osaka University, Osaka, Japan; 4.National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST),Tsukuba, Japan; 5.Kyunghee UniversityYonginKorea (Republic of)

ISBN: 978-981-15-1211-7(hardback)

ISBN: 978-981-15-1212-4(PDF)

在铁电薄膜的各种应用中，非易失性铁电随机存取存储器（FeRAM）的发展自20世纪80年代末以来最为活跃，1995年起达到了批量生产。铁电非易失性存储器中有两种类型的存储器单元：一种是电容型FeRAM，另一种是场效应晶体管（FET）型FeRAM。虽然FET型FeRAM声称具有最终的可扩展性和非破坏性读出特性，由于其具有随机存取和短保留时间的串扰的致命缺陷，目前电容型FeRAM一直获得主要半导体存储器公司的青睐。

该书介绍了FET型铁电存储器的发展历史、技术问题、制造方法和前景应用，对过去、现在和未来的技术进行全面的分析回顾。对晶体管型铁电存储器的关键技术和应用进行了深入的综述，介绍了使用无机或有机铁电薄膜的记忆场效应晶体管的材料特性，同时涵盖FET型铁电存储器工艺和设备操作技术。这种FET型铁电存储器具有有趣的物理特性和潜在的巨大工业影响。

热评：近年来铁电材料在FET型铁电存储器的应用中受到越来越多的关注，功能材料与如何与（半导体）电子器件相衔接也是值得关注的问题。该书所讨论的主题将进一步推动FET型铁电存储器在玻璃、聚合物或纸衬底上实现规模化电子学以及在传统硅电子学中实现的规模化电子学的进一步发展。

链接: https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-15-1212-4

4. 《Crystallization as Studied by Broadband Dielectric Spectroscopy 》

Edited by Tiberio A. Ezquerra, Aurora Nogales

Affiliations: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)Madrid Spain

ISBN: 978-3-030-56185-7(hardback)

ISBN: 978-3-030-56186-4(PDF)

介电谱（Broadband Dielectric Spectroscopy，BDS）是在相当宽的频率范围研究电磁波与物质互相作用的一种谱学方法。用介电方法研究分子的结构与性质已经有很长的历史，BDS的理论研究可追溯到 P.Debye 关于介电体中储存电荷的衰减的研究工作。BDS是现代材料科学中不可缺少的工具，在液晶或离子液体的表征和低损耗电介质材料的设计中起着重要作用。

当高分子材料冷却到低于熔化温度时，要么保持无定形状态，要么结晶。在这两种情况下，其分子动力学都发生了巨大的变化。该书提出了研究表征结晶和非晶相之间的相互关系新的方法——介电频谱法（BDS）。

全书共11章，首先介绍了结晶基本概念，不同条件下特定材料的结晶过程，进一步分析了如何用宽带介电谱和差示扫描量热法研究液晶的等温和非等温结晶，讨论了电场对结晶路径的控制，聚合物结晶过程中的有序与介电弛豫和一维约束下聚合物的结晶。最后分别以半结晶聚烯烃和POSS-iPS为例，讨论了非极性聚合物及其复合材料的介电行为和结晶诱导星形聚合物中的受限玻璃态动力学。

热评：采用BDS将有助于深入了解各种材料（聚合物、液晶和各种液体）结晶的基本物理过程。近年来，介电光谱的应用大大提高了人们对结晶的认识。同步辐射光或中子以及电介质的红外光谱与现代散射方法结合，有助于揭示高分子材料中晶相和非晶相的变化。

链接: https://doi.org/10.1007/978-3-030-56186-4

5.《Functional Dielectrics for Electronics: Fundamentls of Converison Porperteis》

Edited by Yuriy Poplavko, Yuriy Yakymenko

Affiliations: Department of National Technical University of Ukraine, Igor Sikorsky Kiev Polytechnic Institute

ISBN: 978-0-12-818835-4(hardback)

ISBN: 978-0-12-818836-1(PDF)

用于电气和电子设备的电介质必须具有低导电率和高电气强度等良好电气绝缘性能。同时，在当今的电子技术中，电介质的能量或信息转换特性等其他特性也非常重要。功能电介质对温度、压力、机械应力、电场和磁场、光照甚至气味的变化都有积极响应，因此在智能电子器件中具有重要应用。

功能电介质可分为热释电体、铁电体、压电体、驻极体、量子电子学材料、介电常数可调的微波介质等。该书内容上共分为6章，概述了电极化、电介质非线性、电荷转移机制、高介电常数、低损耗、热稳定性和其他功能性电介质的基本特性。在物理学领域，这本书研究了非中心对称电介质中固有极性的性质，特别是杂化离子共价原子间键产生的原因，以及由此产生的功能电介质的特性。在功能电介质的技术应用方面，讨论了功能电介质在电子学中多方面应用的物理和技术基础。

热评：该书针对功能电介质在静电储电、机电、热电和其他转换现象的主要物理过程进行了全面介绍。从物理基础和技术应用两大方面，重点讨论了压电、热释电和高K微波介电材料的独特性能。

链接: https://doi.org/10.1016/C2018-0-04492-8

6.《Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy: Investigation of Ferroelectric, Dielectric, and Semiconductor Materials and Devices》

Edited by Yasuo Cho

Affiliations: Tohoku University, Japan

ISBN: 978-0-12-817246-9(hardback)

ISBN: 978-0-08-102803-2(PDF)

扫描非线性介电显微镜（SNDM）是表征铁电、介电和半导体材料的重要工具，其利用非线性介电效应检测电容的变化情况，分辨率达到亚纳米量级，精度可达10-22F。该技术主要用于材料微区的电性能研究。

该书共12章，主要围绕扫描非线性介电显微镜测量方法展开，首先概述了扫描非线性介电显微镜测量铁电和介电极化的原理，进而从铁电极化、三维偏振、线性介电常数和半导体材料和器件中载流子分布等测量方法展开介绍。讨论了如何通过扫描非线性介质显微术实现超高密度铁电数据存储。最后介绍了非接触扫描、超高阶扫描、时间分辨扫描非线性介质显微术。

热评：该书回顾了SNDM技术应用于关键材料的方法，包括在原子尺度上测量铁电材料，以及在高灵敏度下可视化和测量半导体材料和器件。对学术界和工业界“跨界”参与铁电，介电和半导体材料器件研发的学者会带来不小启发。

链接: https://doi.org/10.1016/C2018-0-01309-2

【小结】

材料，作为产业链重要环节最终要结合终端产品应用。近年来，介电材料在静电储能电容技术方面具有较成熟的应用，同时在微纳光学、功能器件、铁电存储器等半导体通信领域有重要应用。“介电”或可理解为物质的一种属性，介电谱和扫描非线性介电显微镜技术为我们观察这个世界打开了另一个角度。知识更迭如浩瀚宇宙，而我们将继续上下求索。

To be continued

待续...

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