[發明專利]一種稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811647436.4
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109545548B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 劉明;孫梓雄
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G4/12
• 分類號: H01G4/12;H01G4/33;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/54;C23C14/58;C30B23/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明涉及儲能薄膜材料領域，公開了一種稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器及其制備方法；該制備方法在高溫、高氧壓環境下，利用超高真空射頻磁控濺射技術，通過等離子體對靶材轟擊，使靶材粒子沉積在基片上，并實現外延生長，得到BHT外延薄膜。因射頻磁控濺射技術的特點，本身薄膜的生長速度較慢，使得通過該方法制備出的薄膜晶粒尺寸均勻，薄膜表面平整，結晶度好，結合BaZr_0.2Ti_0.8O₃陶瓷靶材優良的儲能特性，使其該陶瓷靶材作為BT?基儲能材料的儲能特性進一步增強。

技術領域

本發明涉及儲能薄膜材料領域，具體涉及一種稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器及其制備方法。

背景技術

能源危機已經成為全球化的一個重要問題，國家對新能源、新材料行業的發展方向同樣做出了重要指示，因此對能源類材料的開發與性能提升便迫在眉睫。與鋰離子電池、超級電容器與鈣鈦礦太陽能電池相比，鐵電儲能電容器具有充放電快速、成本低廉、使用壽命長等優點。而鐵電儲能電容器相對于陶瓷塊體電容器、單晶塊體電容器、陶瓷厚膜電容器與柔性聚合物電容器來說，外延薄膜鐵電儲能電容器由于其各向異性、缺陷少等優勢，往往具有更高的擊穿場強，更大的極化強度以及可靠性等。在這種情況下，基于外延薄膜材料的鐵電儲能電容器被越來越多的學者廣泛研究并且取得了明顯的進展。然而，絕大多數的研究僅僅停留在對鐵電薄膜電容器在室溫條件下性能的提升。眾所周知，任何電子材料在長期使用時均會出現發熱等情況從而造成性能的劣化，而電容器的溫度穩定性同樣是表征其性能優劣的一個重要指標，因此對外延薄膜鐵電儲能電容器可靠性(包括溫度穩定性與機械疲勞性)的提升必將成為其一個重要的發展方向。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器及其制備方法，通過本發明制得的鐵電儲能薄膜電容器不僅在室溫具有良好的儲能密度和儲能效率同時具有優異的溫度穩定性，且基體不含鉛，對人體無害、對環境友好。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器的制備方法，利用磁控濺射方法制備所述稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器，包括以下步驟：

步驟(1)，將BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷作為靶材，將靶材和基片安裝到位；

步驟(2)，預處理基片；

步驟(3)，預濺射BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材；

步驟(4)，濺射BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材，使BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材在基片上進行外延薄膜生長，生成的薄膜厚度為350nm-450nm；

步驟(5)，對步驟(4)生成的薄膜進行退火處理，得到稀土元素改性的寬溫薄膜儲能電容器。

優選的，BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材采用BaTiO₃粉和HfO₂粉制備，制備過程為：按照BaHf_0.17Ti_0.83O₃的化學計量比將BaTiO₃粉和HfO₂粉混合均勻，再將混合物依次進行球磨、預燒結、二次球磨、造粒、成型和燒結，得到BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材。