[發明專利]一種鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710003832.2
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106747441B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 劉勝軍;段紅杰
• 申請（專利權）人: 北京國械堂科技發展有限責任公司
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B41/88
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明公開了一種鐵電陶瓷材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：采用兩步固相法合成Pb_(1?1.5x)Bi_0.5xCe_0.5x(Mg_1/3Nb_2/3)_(1?y)Ti_yO₃；其中，0.002≤x≤0.04,0.05≤y≤0.1，x、y為摩爾數；對上述步驟合成好的粉體進行細磨，細磨后添加粘結劑造粒并壓制成型以得到素坯；進行排塑，排除所述素坯中的有機物質；對所述素坯進行燒結，獲得鐵電陶瓷材料。相應的，本發明還提供了一種采用該制備方法制備的鐵電陶瓷材料。本發明提供的鐵電陶瓷材料的制備方法簡單易行，易于推廣。采用該制備方法獲得的鐵電陶瓷材料介電常數高、儲能密度高，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于功能陶瓷材料技術領域，具體地說涉及一種鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

由于地球上的煤炭和石油儲量有限，再加上各國對于能源消耗的快速增加，從新世紀開始，能源危機越來越嚴重。為了解決這個世界性的危機，人們正在努力開發綠色可再生能源，如核能、水電能、太陽能和風能，以取代傳統的儲量有限且污染環境的石化能源。

不管開發何種新能源，可再生新能源一般最優選地轉化為用于實際使用的電能。電能安全清潔，易于長距離運輸，并且易于轉換為其他類型的能量。因此，各國科研人員都在對如何更有效地收集、轉化、運輸、儲存和釋放電能進行大力研發。在這些關鍵技術中，電能的存儲與釋放技術以及相關的存儲材料是最重要的。

與傳統電池儲能相比，電容器儲能具有功率密度大、能量釋放速度快、安全可靠性高、壽命長、價格低廉等優勢。此外，電容器儲能較易實現輕量化和小型化，因此其已經成為目前高功率脈沖電源中應用最廣的儲能器件之一 (Journal of Materials Chemistry A,vol.4,p17279,2016)。但是，與電池相比，電容器儲能有個顯著缺點，就是儲能密度低。而電子設備的集成化與小型化，要求介電儲能器具有更高的儲能密度(Journal of theAmerican Ceramic Society, vol.94,p4382,2011)。因此，高密度儲能材料及相關裝置受到各國科學界、工業界和公眾越來越多的關注。

在電容器中可以利用的儲能密度W根據下式計算(Journal of MaterialsChemistry A,Volume 3,p18146,2015)：

W＝∫_Pr^PmaxEdP

上式中，E為電介質工作時施加的電場強度。P為在工作電場時對應的極化強度。Pr是零場對應的剩余極化強度。Pmax是對應于最大施加電場的極化強度。

根據公式可以看出，為了得到高的儲能密度，需要低Pr，高Pmax和高的施加電場。盡管有許多關于鐵電薄膜材料施加高電場來實現高儲能密度的文章報道，然而薄膜材料不利于工業化儲能使用。因為鐵電薄膜不但具有較高的制造成本，而且薄膜的有效儲能體積太小。另外薄膜的基板也占有原件體積，如果計入基板的體積，薄膜的儲能密度會大大降低。

在工業領域，與鐵電薄膜材料相比，陶瓷塊體材料至少具有生產成本低與有效儲能體積大兩個方面的優勢(Journal of Materials Chemistry A,vol.4, p17279,2016)。由于過高的施加電場在實際陶瓷塊體中是很難達到的，不僅需要更高成本的工藝路線，而且還非常危險。所以為了提高陶瓷塊的儲能密度，現在主要是對陶瓷的成分進行調整，以實現低Pr高Pmax的陶瓷塊體材料。