[發(fā)明專利]鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基儲(chǔ)能陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010177544.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN111393161B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭鵬;孫沛聰;白王峰;鄭梁;張陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/475
• 分類號(hào): C04B35/475;C04B35/622;H01G4/12
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基儲(chǔ)能陶瓷材料及其制備方法，采用0.72Bi_0.5Na_0.5TiO₃?0.28SrTiO₃體系鐵電材料為基礎(chǔ),將鉍層狀材料鈮酸鉍鋇(BaBi₂Nb₂O₉)按照一定摩爾比摻入到鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基陶瓷中，采用固相合成方法，制備得到一種新型的具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的儲(chǔ)能陶瓷材料，該陶瓷材料的化學(xué)組成是(1?x)(0.72Bi_0.5Na_0.5TiO₃?0.28SrTiO₃)?xBaBi₂Nb₂O₉，其中0.01≤x≤0.04。本發(fā)明獲得的儲(chǔ)能陶瓷材料，主要性能參數(shù)可利用儲(chǔ)能密度W_rec＝3.97J/cm³，儲(chǔ)能效率η＝81％，在120kV/cm電場下，電流密度509.5A/cm²功率密度(P_D)可達(dá)30.57MW/cm³。此外制備工藝穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。利用這種材料制得的陶瓷元件，組裝成各種儲(chǔ)能電容器，能夠運(yùn)用到軍事(為電磁槍炮、飛機(jī)彈射系統(tǒng)提供電能)、民用(電動(dòng)汽車逆變器等)、和科學(xué)領(lǐng)域(粒子加速器的驅(qū)動(dòng)等)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基儲(chǔ)能陶瓷材料的制備方法，具體涉及一種添加鉍層狀結(jié)構(gòu)材料鈮酸鉍鋇(BaBi₂Nb₂O₉)的鈦酸鉍鈉鈦酸鍶(BNT-ST)基儲(chǔ)能陶瓷材料的制備，屬于脈沖功率電容器用陶瓷介質(zhì)材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，在電網(wǎng)系統(tǒng)、脈沖功率技術(shù)以及混合動(dòng)力車等領(lǐng)域迫切需求一種具有儲(chǔ)能密度高、功率密度高的電介質(zhì)材料。塊體陶瓷電介質(zhì)材料具有較高的溫度穩(wěn)定性以及儲(chǔ)能總量，有很好的優(yōu)勢。目前，應(yīng)用較廣的儲(chǔ)能陶瓷材料還是以鉛基材料為主，但是鉛基材料在制備、使用及廢棄后處理過程中會(huì)對(duì)環(huán)境以及人體健康造成嚴(yán)重的影響，因此無鉛儲(chǔ)能陶瓷材料成為了國內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。

由于在低電場下具有較大的飽和極化強(qiáng)度，鈦酸鉍鈉(BNT)基弛豫鐵電材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有很大的潛力。另外BNT可以和許多材料(如BaTiO₃、SrTiO₃、K_0.5Na_0.5NbO₃等)形成固溶體，有利于減小剩余極化強(qiáng)度，提升儲(chǔ)能性能。其中，(1-x)BNT-xST體系在x＝0.24～0.28的組成范圍內(nèi)具有較大的飽和極化強(qiáng)度(P_max)和較小的剩余極化強(qiáng)度(P_r)，表現(xiàn)出較好的儲(chǔ)能性能。然而較低的耐擊穿強(qiáng)度(BDS)和不可忽略的剩余極化強(qiáng)度(P_r)仍然限制了儲(chǔ)能性能的進(jìn)一步提升。因此，如何進(jìn)一步提升鈦酸鉍鈉基儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)能性能成為了儲(chǔ)能材料領(lǐng)域

研究的一個(gè)重要課題。

本發(fā)明首次將鉍層狀結(jié)構(gòu)材料(BaBi₂Nb₂O₉)引入到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鈉鈦酸鍶(0.72BNT-0.28ST)儲(chǔ)能材料中，并且獲得了3.97J/cm³的可利用儲(chǔ)能密度和81％的儲(chǔ)能效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基儲(chǔ)能陶瓷材料的制備方法，利用鉍層狀結(jié)構(gòu)材料鈮酸鉍鋇(BaBi₂Nb₂O₉)的添加增強(qiáng)鈦酸鉍鈉鈦酸鍶基儲(chǔ)能陶瓷材料的儲(chǔ)能性能，制備出一種新型的、環(huán)境友好型的具有高儲(chǔ)能密度和高功率密度的儲(chǔ)能陶瓷材料。

本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：