Резистивный материал

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Гринчик Николай Николаевич Ермолаева Елена Михайловна Васильев Игорь Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Резистивный материал, содержащий токопроводящую фазу и диэлектрический наполнитель, отличающийся тем, что в качестве токопроводящей фазы содержит титан, а в качестве диэлектрического наполнителя - наночастицы фуллерена 60 при следующем соотношении компонентов, мас.титан 82-90 наночастицы фуллерена 60 остальное. Изобретение относится к электротехнике, в частности к области электропроводных материалов, имеющих удельную проводимость, величина которой изменяется при изменении величины приложенного напряжения и частоты протекающего тока, и может быть использовано для изготовления нелинейных тонкопленочных элементов, применяемых в микроминиатюрной радиоэлектронной аппаратуре. Резистивные материалы создаются для получения таких новых физических свойств,чтобы иметь возможность обеспечить специфические электрические свойства на постоянном и/или переменном токе. Известен электропроводный композиционный материал 1, содержащий фуллерен в виде тонкой пленки и наполнитель в виде металла, имеющий электрическую проводимость, которая является устойчивой в атмосферном воздухе и имеет удельное сопротивление не более чем 104 Ом см при комнатной температуре. Электропроводный композиционный материал состоит из одного или более элементов, из ряда фуллеренов С 60, С 70, С 76, С 78, С 80, С 82, С 84 и С 96 и наполнителя, который состоит из одного или более элементов, из щелочных, щелочноземельных металлов, принадлежащихигруппам из периодического ряда. 12084 1 2009.06.30 Резистивный элемент, выполненный из такого материала, не меняет сопротивления ни от величины приложенного напряжения, ни от частоты протекающего тока и тем самым не несет новых, дополнительных функций. Известен резистивный композиционный материал и способ его получения 2, включающий фракцию одностенных углеродных нанотрубок и, по крайней мере, одного полярного полимера, причем резистивный композиционный материал имеет увеличенную электрическую проводимость. Электропроводность резистивного композиционного материала зависит от доли весауглеродных нанотрубок в материале 1) по крайней мере 5 Сименс на сантиметр (/), при 0,5,2) по крайней мере 1 /, при 0,50,1,3) по крайней мере 1-10-4 /, при 0,10,004,4) по крайней мере 6-10 -9 /, при 0,0040,001 и 5) по крайней мере 3-10 -16 /, при 0,0010,0001,где- весовая доля одностенных углеродных нанотрубок. Например, при 0,5 вес одностенных углеродных нанотрубок половина полного веса резистивного композиционного материала, при 0,1 вес одностенных углеродных нанотрубок десятая часть полного веса резистивного композиционного материала и т.д. Однако электропроводность на постоянном и переменном токе такого резистивного композиционного материала не имеет существенных различий, что исключает его использование для изготовления нелинейных тонкопленочных элементов, имеющих проводимость, величина которых изменяется при изменении величины приложенного напряжения и частоты протекающего тока. Известен полимерный компаунд с нелинейными вольтамперными характеристиками и способ его получения 3.Этот компаунд (композиционный материал) содержит полимерную матрицу и наполнитель, введенный в указанную матрицу. Наполнитель содержит два компонента с нелинейными вольтамперными характеристиками, отличающимися друг от друга. Два указанных компонента наполнителя в каждом случае формируются из частиц,содержащих легированный, спекшийся оксид металла с межзеренными границами, и отличаются друг от друга различной стехиометрией легирующих присадок и/или различными структурами межзеренных границ, вследствие различных условий спекания. Наполнитель дополнительно содержит электропроводящий материал или полупроводник,содержит частицы с большим соотношением длина-диаметр, как это имеет место в нанотрубках, имеет дополнительный компонент, включающий материал с высокой диэлектрической проницаемостью. Выбором определенных пропорций этих элементов наполнителя можно сформировать состав с предопределенной нелинейной вольтамперной характеристикой, расположенной между двумя предельными характеристиками для этих элементов. Однако высокая напряженность поля (от 10 до 200 в/мм), при которой наблюдается нелинейность вольтамперной характеристики, не позволяет использовать материал для изготовления нелинейных тонкопленочных элементов в микроминиатюрном исполнении. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству (прототип) является нелинейный резистивный материал 4, содержащий токопроводящую фазу, связующее и диэлектрический наполнитель. В качестве токопроводящей фазы он содержит карбид бора. Диэлектрический наполнитель содержит, по крайней мере, один компонент из группы , , 23 (или ), 2 (или МО), 23 (или СоО), 23, 23, 23,25, 227 (или 227, или 427. Связующие - неорганические (фосфатные цементы) и органические (эпоксидные клеи) в количестве 10-30 мас. . Начальное удельное электрическое сопротивление и коэффициент нелинейности вольтамперной характеристики в зависимости от состава достигает значений 1012 Омсм и 50 соответственно. Недостатком данного резистивного материала является отсутствие изменения величины удельной проводимости от частоты протекающего тока, а также отсутствие возможности получать нелинейные тонкопленочные элементы в микроминиатюрном исполнении. 2 12084 1 2009.06.30 Задачей предлагаемого изобретения является получение резистивного материала,обеспечивающего получение нелинейных тонкопленочных элементов, имеющих удельную проводимость, величина которой изменяется при изменении величины приложенного напряжения и частоты протекающего тока в микроминиатюрном исполнении. Задача решается следующим образом. Резистивный материал содержит токопроводящую фазу и диэлектрический наполнитель. Согласно предлагаемому изобретению, в качестве токопроводящей фазы содержит титан , а в качестве диэлектрического наполнителя - наночастицы фуллерена С 60 при следующем соотношении компонентов, мас.титан 82-90 наночастицы фуллерена С 60 остальное. Предлагаемый резистивный материал, представляющий собой 60, получают методом вакуумного осаждения из двух источников на диэлектрическую подложку. Графики зависимостей, приведенные на нижеуказанных фигурах показывают, что предложенный резистивный материал меняет удельную проводимость от величины приложенного напряжения и частоты протекающего тока. На фиг. 1 представлены вольтамперная (а) и вольтомная (б) характеристики для резистивного материала 60 с долевым соотношением титана к наночастицам фуллерена С 60 / С 6080. На фиг. 2 представлена зависимость значения нелинейности сопротивления 2 от долевого соотношения/ 60 резистивного материала ТС 60. На фиг. 3 представлено изменение действительнойи мнимой -части полного сопротивленияот частоты протекающего тока для образца резистивного материала ТС 60 с долевым соотношением Т/С 6060. Вольтамперные характеристики измеряют на образцах с различным долевым соотношением токопроводящей фазы (титана) и диэлектрического наполнителя (наночастиц фуллерена 60). Вольтамперные характеристики снимают с шагом 0,03 В для малых напряжений (до 1 В) и с шагом 0,9 В для больших напряжений (до 100 В). Максимальная напряженность поля не превышает 5 в/мм. Полученные характеристики аппроксимированы линейной зависимостью, и величина нелинейности определена как 2, которая является величиной среднеквадратичного отклонения измеренной зависимости от линейной. По полученным вольтамперным характеристикам рассчитаны зависимости изменения сопротивления от приложенного напряжения - вольтомные характеристики. Для построения вольтомных характеристик рассчитывают два значения сопротивлений статическое сопротивление- по значению напряжения и тока в точках полученного графика и динамическое сопротивление- по отношению приращений значений напряжения и тока в окрестности данной точки. На фиг. 1(а) представлена вольтамперная характеристика (кривая 1) и аппроксимация этой кривой линейной функцией (2). Численное значение отклонения этой зависимости от линейной функции определяют коэффициентом 2. На фиг. 1(б) приведены кривая статического сопротивления(1) и кривая динамического сопротивления(2). Значения величин нелинейности сопротивления 2, относительного изменения статического сопротивления , представляющего собой/ , где- приращение динамического сопротивления,- приращение значений напряжения, и долевые отношения Т / С 60 приведены в таблице и показывают, что значения величин нелинейности сопротивления и относительного изменения статического сопротивления зависят от долевого соотношения токопроводящей фазы (титана) и диэлектрического наполнителя Зависимость значений нелинейности 2 от долевого соотношения Т / С 60 приведены на графике фиг. 2. Из графика видно, что значение нелинейности изменяется от соотношения токопроводящей фазы к диэлектрическому наполнителю С 60 и имеет максимум при долевом соотношении Т / С 60 100. Изменение удельной электропроводности резистивного материала от частоты протекающего тока показано на фиг. 3. Из графика видно, что резистивный материал обладает как резистивно-емкостными (при более низких частотах), так и резистивно-индуктивными свойствами (при более высоких частотах). Таким образом, резистивный материал, содержащий токопроводящую фазу и диэлектрический наполнитель, имеет удельную проводимость, величина которой изменяется при изменении величины приложенного напряжения и частоты протекающего тока, и может быть использован для получения нелинейных тонкопленочных элементов, применяемых в радиоэлектронной аппаратуре в виде микроминиатюрных элементов или интегральных схем. Источники информации 1. Патент США 5 380 595, МПК Н 01 В 1/04, 1995. 2. Патент США 6 936 653, МПК 08 3/04, 2005. 3. Патент США 0 010 960, МПК Н 01 1/00, 2003. 4. Патент РФ 2 152 099, МПК Н 01 7/10, 2000 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5