[發明專利]一種鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010250589.6
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111393149B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 魯圣國;趙鵬飛;王世斌;袁詩嘉
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/622;C04B35/63
• 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，公開一種鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷及其制備方法和應用。所述陶瓷的分子式為Pb_0.97La_0.02(Zr_xSn_1?x)O₃，其中，x＝0.45～0.6，所述陶瓷是按照化學計量比將PbO、La₂O₃、ZrO₂、SnO₂混合加入乙醇進行球磨混合；將球磨后的粉烘干、過篩制得陶瓷粉末；將陶瓷粉末在880～980℃預燒，然后將所得粉體加入乙醇進行二次球磨，再將球磨后的粉烘干、過篩制得陶瓷粉體；將所得陶瓷粉體加入粘結劑研磨均勻后，壓力為8～10MPa壓成陶瓷生坯；將陶瓷生坯在壓力45～55MPa保壓，在550～600℃排膠，然后在1225～1230℃燒結制得。該陶瓷具有高儲能密度和高儲能效率，可在室溫下獲得第二次鐵電相變。

技術領域

本發明屬電介質材料技術領域，具體地，涉及一種鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人類科技的發展，電子技術在生活中的應用越來越多，對電子器件所用材料提出的要求也隨之越來越高，制備出性能優異的材料是我們材料工作者的共同目標。目前，廣泛使用的電容器向高儲能、小型化的方向發展。典型的儲能系統主要包括超級電容器、鋰離子電池，介質電容器等。相對于超級電容器和鋰離子電池而言，陶瓷電容器因具有耐高壓和超高的功率密度的特點而受到重視，可用于大功率武器、新能源汽車的功率儲能和脈沖電容器等。但陶瓷電容器在儲能密度方面存在偏低的缺點，因此，提高其能量密度，進而達到小型化，一直是研究者們努力的方向。

反鐵電體是一種重要的電介質材料，因為其相對其他電介質材料較高的儲能密度近年來受到了很多科研工作者的重視。反鐵電材料的本征特性是晶格中偶極子成對地按反平行方向排列，因此無自發極化，且總電矩為零。反鐵電陶瓷的另外一個重要特征是具有雙電滯回線。在外電場較低時，反鐵電陶瓷與線性介質一樣，極化強度與電場呈線性關系。當電場升高至一定數值后，反鐵電材料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，同時這部分反鐵電晶胞也轉變成鐵電晶胞，發生相變，材料的極化強度和介電常數隨電場增大而增大。在正向轉向電場附近，材料的極化強度突然增大，介電常數出現峰值,反鐵電相轉變為鐵電相。之后，電場繼續增大，材料的極化強度逐漸飽和，介電常數隨電場增大而減小。電場撤去時，材料的極化強度隨電場減小而減小，在反向轉折電場附近突然減小，介電常數又出現峰值,材料由鐵電相又回到反鐵電相。電場降到零時，反鐵電陶瓷的極化強度降為零。由于介電常數在一定電場下隨電場增大而增大，故反鐵電陶瓷的儲能密度最高，成為脈沖電容器應用中十分重要的候選材料。

大量的文獻表明，目前有很多的方法可以用來增加擊穿場強，比如熱壓燒結，輥壓成型和添加玻璃相等，但是真正能夠增加極化強度的方法卻不多，尤其是從材料的成分本身出發。在過去的很長時間，對鋯酸鉛塊陶的研究主要集中在摻雜Ti上，但是因為其相對較低的轉變電場和極化強度，儲能效率一直不高。

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鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷。該反鐵電陶瓷通過摻雜Sn元素，調節Zr與Sn的比例，在室溫下使其發生二次鐵電相轉變，從而實現儲能密度的第二次飛躍。

本發明的另一目的在于提供上述鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述鋯錫酸鑭鉛反鐵電陶瓷的應用。

本發明的目的通過下述技術方案來實現：