[發明專利]一種摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電厚膜陶瓷及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010250574.X
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111470863A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 魯圣國;趙鵬飛;王世斌;姚麗麗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C04B35/493
• 分類號: C04B35/493;C04B35/622;H01G4/12;H01G4/33
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 李慶偉

本發明屬于電介質材料技術領域，公開一種摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電厚膜陶瓷及其應用。所述厚膜陶瓷的分子式為Pb_xSr_yLa_z(Zr_nSn_mTi_v)O₃，其中，x＝0.85～0.88，y＝0.06～0.09，z＝0.06，n＝0.45～0.8，m＝0.15～0.5，v＝0.05。本發明通過流延成型的工藝制備的摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電體陶瓷厚膜的厚度可控，其單層的厚度為40～50微米，多層的厚度可疊為500～1000層。該厚膜陶瓷其致密性好且均勻，并具有良好的儲能性能和儲能效率，其儲能密度能達到3.7～3.9J/cm³，其儲能效率高于89.5％，其在鋯儲能密度的電容器中有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬電介質材料技術領域，具體地，涉及一種摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電厚膜陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人們對可持續大功率儲能系統的需求日益增加，發展先進的儲能材料和相關技術是高性能儲能裝置的研究重點。電池和電容器是目前兩種主要用于儲能和轉換的設備。電池把電能轉化為化學能，通常具有更高的能量密度(約100Wh kg^-1)。然而，由于所涉及的載流子的運動很慢，電池的輸出功率通常是有限的。對于許多實際應用，如脈沖電力系統混合、動力汽車、醫療設備等，不僅需要較高的儲能密度，還需要較高的輸出功率。相比之下，電容器可以在極短的時間內釋放儲存的電荷(100ns)，因此可以在很短的時間內產生了非常大的電流和功率密度，在上述領域中有非常廣闊的應用前景。但電容器存在能量密度偏低的缺點，因此，如何提高電介質材料的儲能密度一直是學術界和工業界研究的熱點問題。

無機介電材料不僅具有較高的介電常數和相對較高的能量密度，而且可以在較高的操作溫度下長期維持性能。無機介電材料主要包括線性材料、鐵電材料和反鐵電材料。線性介質由于其介電常數較低，極化率較低，線性介質的能量密度通常低1Jcm^-3。鐵電材料(FEs)是一種自發電極化的材料，其方向可以通過外加電場來改變。鐵電材料通常具有較高的介電常數，但是大的殘余極化將鐵電材料的能量密度限制在較低的數值。相比之下，在反鐵電材料(AFEs)中，在晶體結構中具有相同強度的相鄰偶極子最初是沿相反的方向排列的，從而導致整體自發極化為零。然而，這些最初的反平行偶極子可以通過電場誘導的AFE-FE相變，被迫沿著足夠強的外電場方向平行，從而達到大極化的FE狀態。然后，一旦去除外部電場，誘導的FE相可以回復到初始的AFE相，從而產生所謂的雙P-E電滯環。與這些AFE-FE相變相關的典型的高電場，加上AFE-FE相變過程中極化的顯著變化，使得大量的能量得以儲存和釋放。因此，AFE材料在儲能器件中具有巨大的應用潛力。陶瓷電容器作為一種儲能器件，是電子設備在靜電場作用下存儲能量的核心元件。其中，鋯鈦酸鉛系列的反鐵電材料表現出了優異的儲能、電卡效應等電學性能，使其在能量儲存、固態制冷、介電調諧器等諸多領域具有重要應用。

發明內容

為了解決現有技術中存在的缺點和不足之處，本發明首要目的在于提供一種摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛(PLZST)弛豫性反鐵電厚膜陶瓷。

本發明的另一目的在于提供上述摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電厚膜陶瓷的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述摻鍶鋯鈦錫酸鑭鉛弛豫性反鐵電厚膜陶瓷的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：