[發明專利]一種高儲能密度反鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810214293.1
• 申請日: 2018-03-15
• 公開（公告）號: CN108358630B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 王根水;邊峰;閆世光;徐晨洪;毛朝梁;董顯林;曹菲
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明提供一種高儲能密度反鐵電陶瓷材料及其制備方法，所述反鐵電陶瓷材料的化學通式為Pb_0.97La_0.02[(Zr_0.375Sn_0.625)_1?xTi_x]O₃+a SiO₂；其中，0.1≤x≤0.15，a為SiO₂與Pb_0.97La_0.02[(Zr_0.375Sn_0.625)_1?xTi_x]O₃的摩爾百分比，3%≤a≤5%。

技術領域

本發明涉及一種高儲能密度反鐵電陶瓷材料及其制備方法，屬于功能陶瓷材料技術領域。

背景技術

脈沖功率技術，是指把較小功率的能量以較長時間緩慢輸入到儲能設備中，然后在極短的時間內以極高的功率密度向負載釋放的電物理技術(Science，313：334-336,2006)，在高新技術、民用等領域得到廣泛的應用。脈沖功率的基本系統由兩部分組成：一部分是低功率水平的能量存儲系統；另一部分是高功率脈沖的產生和有效傳輸到負載。能量存儲系統是脈沖功率裝置中的重要組成部分，當前主要通過電容、電感、機械能、化學能等形式提供初始能源。其中，電容器儲能能量釋放速度快、輸出功率大、組合靈活、技術成熟、價格低廉，成為目前應用最為廣泛的儲能器件。

作為脈沖功率裝置的重要儲能元件，電容器在脈沖功率裝置中占很大比重，研制儲能密度高、放電電流大、放電速度快、以及充放電壽命較長(～103次)的脈沖電容器(Journal of the American Ceramic Society 73,323-328(1990)；Applied physicsletters 72,593-595(1998).)已成為當前脈沖功率技術領域研究的重點和迫切任務。

用作脈沖電容器的介質材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷和反鐵電陶瓷三類。線性陶瓷介電常數幾乎不隨電場變化，具有低場下線性可逆、可重復多次充放電等優點，但其儲能密度在安全電場范圍內只有0.01J/cm³數量級。鐵電陶瓷具有自發極化，在無外加電場時具有很高的介電常數，而在電場作用下，鐵電陶瓷介電常數隨電場增加而降低，并且其擊穿場強通常不高，導致陶瓷在高場下儲能密度并不大，一般不超過0.2J/cm³。反鐵電陶瓷的重要特征是具有雙電滯回線，在外電場較低時反鐵電陶瓷與線性陶瓷一樣，極化強度(P)與電場(E)呈線性關系，當電場升高到一定值后，反鐵電晶胞內部與電場方向相反的部分偶極子在電場作用下開始發生反轉，發生反鐵電-鐵電相變(AFE-FE)，材料的極化強度突然增大，介電常數(ε_r)達到峰值，此時陶瓷處于充電狀態，所存儲的能量密度(W_st)為正向電滯回線對極化強度的積分。由于介電常數在一定電場下隨電場增大而增大，反鐵電陶瓷的理論儲能密度較大(W_re～J/cm³數量級)，成為脈沖電容器應用中十分重要的候選材料。