[發(fā)明專利]鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷及其制備方法與應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710258834.6
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107140975A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 郝喜紅;姚遠;孫寧寧;李雍;張奇?zhèn)?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古科技大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622;C04B35/626;H01G4/12;B28B3/00
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11514
• 代理人: 孟凡臣

技術領域

本發(fā)明涉及電子功能材料與器件技術領域，具體涉及一種鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷及其制備方法與應用。

背景技術

鐵電材料是一種儲能材料，具有優(yōu)良的介電性，被各國的研究者廣泛研究，并實現(xiàn)了其應用。但是，鐵電材料在制備或應用過程中，通常需要用到鉛基材料，而鉛基材料在制備、使用和廢棄過程中對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成嚴重危害，因此研制無鉛鐵電材料，是關系到我國電子技術可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務之一。鈦酸鉍鈉Na_0.5Bi_0.5TiO₃(簡稱NBT)是一類鈣鈦礦型的A位離子取代鐵電體，其居里點(Tc)為320℃，因其在室溫下具有很強的鐵電性，被研究者所關注。

隨著電子電路微型化和集成化的發(fā)展，對電子元器件提出了新的要求。儲能電容器作為微電子元器件的關鍵組成之一，不僅要求其擁有高的儲能密度和穩(wěn)定儲能性能，而且還要求其具有適應用于高溫高壓等極端環(huán)境的特性。但是，目前制作的鐵電陶瓷的擊穿場強和飽和極化值均較低，導致儲能密度和儲能效率較低，而且其鐵電性能容易受地界面、表面等影響，驅(qū)動力較小，而且靈敏度低、工作頻率窄。因此，如何提高鐵電陶瓷的儲能密度、儲能效率及穩(wěn)定性，是亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷及其制備方法與應用，以通過將Zn元素摻雜在鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷中，提高其擊穿強度及飽和極化值，提高儲能密度及穩(wěn)定性，降低漏電流，有助于晶體的生長取向；有利于高功率大容量存儲電容器件的開發(fā)和應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

第一方面，本發(fā)明提供了一種鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷，鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷的化學通式為：(1-x)[0.9(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.06BaTiO₃)-0.1NaNbO₃]-xZn；式中，0≤x≤0.01。需要說明的是，化學通式中，(1-x):x是指0.9(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.06BaTiO₃)-0.1NaNbO₃和Zn的摩爾比值。

在本發(fā)明的進一步實施方式中，鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。需要說明的是，鈣鈦礦一般為立方體或八面體形狀。

第二方面，本發(fā)明提供了上述鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷的制備方法，包括如下步驟：S1：按鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷的化學通式中的化學計量比配制各原料組分，然后混合均勻，得到混合粉體；S2：將混合粉體預燒后磨碎，得到磨碎后粉體；S3：將磨碎后粉體造粒，得到造粒后粉體；S4：將造粒后粉體干壓，然后冷等靜壓，得到致密化陶瓷坯體；S5：將致密化陶瓷坯體排膠，然后燒結(jié)，得到鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷。需要說明的是，S1中，根據(jù)鈦酸鉍鈉基鐵電陶瓷的化學通式(1-x)[0.9(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.06BaTiO₃)-0.1NaNbO₃]-xZn的化學計量比，計算每個組分的質(zhì)量，然后稱取配料。

在本發(fā)明的進一步實施方式中，S1中，混合均勻具體包括如下步驟：S101：將所有的原料組分和酒精置于含鋯球的球磨機中進行球磨，得到粉體酒精懸濁液；其中，所有的原料組分總質(zhì)量、鋯球質(zhì)量和酒精質(zhì)量的比值為1:(1～3):(0.5～1.5)，球磨的轉(zhuǎn)速為400～600r/min，球磨的時間為20～28h；S102：將粉體酒精懸濁液在90～110℃烘干3～5h，得到混合粉體。需要說明的是，S101中采用的球磨機優(yōu)選采用行星式球磨機。