[發(fā)明專利]一種高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010059187.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111170739A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭艷艷;范慶宇;張瑾;趙江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622;C04B41/88
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開(kāi)了一種高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷及其制備方法，該陶瓷化學(xué)式為Ag_1?3xLa_xNb_0.9Ta_0.1O₃，其中x為摩爾百分比，x的取值滿足電中性；該陶瓷的制備方法包括以下步驟：(1)按化學(xué)式Ag_1?3xLa_xNb_0.9Ta_0.1O₃中的計(jì)量比稱取原料，將原料進(jìn)行球磨混合、烘干、過(guò)篩、壓片，再將原料預(yù)燒結(jié)4～6小時(shí)，得到粗坯；(2)將粗坯研碎，再進(jìn)行二次球磨、烘干、過(guò)篩、造粒、單軸壓制成型后，進(jìn)行冷等靜壓制成型，得到素坯；(3)將素坯排膠后進(jìn)行燒結(jié)，得到陶瓷片；(4)將陶瓷片打磨、拋光為陶瓷薄片，刷上銀電極后，再進(jìn)行煅燒、冷卻。該陶瓷A位使用微量La³⁺進(jìn)行摻雜即可得到高儲(chǔ)能密度和高儲(chǔ)能效率的儲(chǔ)能陶瓷，儲(chǔ)能密度高達(dá)4.6J/cm³，儲(chǔ)能效率高達(dá)59％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反鐵電陶瓷及其制備方法，更具體地，涉及一種高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)

高儲(chǔ)能密度陶瓷是制作高儲(chǔ)能電介質(zhì)電容器的關(guān)鍵材料之一，高儲(chǔ)能密度陶瓷的能量存儲(chǔ)密度和儲(chǔ)能效率決定了電容器的能量存儲(chǔ)密度和儲(chǔ)能效率，進(jìn)而決定了電容器在混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、醫(yī)療設(shè)備、脈沖功率系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。目前儲(chǔ)能介電陶瓷材料主要有線性陶瓷、鐵電陶瓷以及反鐵電陶瓷三類，其中反鐵電陶瓷具有雙電滯回線，并且在外加電場(chǎng)超過(guò)相變電場(chǎng)后，反鐵電陶瓷的極化強(qiáng)度會(huì)突增，且反鐵電陶瓷理論上剩余極化為零，具有良好的儲(chǔ)能效率；AN基AgNbO₃陶瓷材料以較低的燒結(jié)溫度和優(yōu)異的反鐵電性逐漸成為了近年來(lái)備受矚目的新型無(wú)鉛介電材料，然而，純AN陶瓷的儲(chǔ)能密度較低，目前一般是通過(guò)摻雜改性來(lái)提高AN基陶瓷的反鐵電性，進(jìn)而提高儲(chǔ)能性能，例如，在Nb所在的B位單獨(dú)摻雜Ta⁵⁺，就可以提高AN體系的反鐵電性，增大儲(chǔ)能，AgNb_0.9Ta_0.1O₃陶瓷的儲(chǔ)能密度可達(dá)3.3J/cm³。在Ag所在的A位和Nb所在的B位共摻的Ag_0.94Sm_0.02Nb_0.9Ta_0.1O₃陶瓷能夠?qū)H在B位摻雜Ta⁵⁺的AgNb_0.9Ta_0.1O₃陶瓷的儲(chǔ)能密度提高到4.87J/cm³。這是因?yàn)閷?duì)于AN體系而言，A位摻雜小離子半徑可以提高體系的反鐵電性，增大擊穿電場(chǎng)，這有助于儲(chǔ)能性能的提高。然而，由于Sm³⁺的離子半徑較小，所以如果想獲得較好的儲(chǔ)能性能，就需要稍大的摻雜量，造成材料的浪費(fèi)；同時(shí)，雖然增強(qiáng)的反鐵電性能夠使擊穿電場(chǎng)增大，但會(huì)導(dǎo)致最大極化的下降，而儲(chǔ)能性能是由擊穿電場(chǎng)和最大極化同時(shí)決定的，Sm³⁺的大量摻雜并不能對(duì)于儲(chǔ)能性能產(chǎn)生大量提升。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種高儲(chǔ)能密度、高儲(chǔ)能效率、A位微量摻雜的高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷，本發(fā)明的另一目的是提供該高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷化學(xué)式為Ag_1-3xLa_xNb_0.9Ta_0.1O₃，其中x為摩爾百分比，x的取值滿足電中性。

其中，x的取值為：0x≤0.04，儲(chǔ)能密度為3.6J/cm³～4.6J/cm³，儲(chǔ)能效率為56％～65％。

本發(fā)明所述的高儲(chǔ)能鈮酸銀基無(wú)鉛反鐵電陶瓷的制備方法包括以下步驟：