[發明專利]高擊穿高儲能密度鈦酸鍶儲能介質陶瓷材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011218329.7
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112279639B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 左承陽;魏賢華
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/622
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 汪林

本發明公開一種高擊穿高儲能密度鈦酸鍶儲能介質陶瓷材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一：將鈦酸丁酯滴入去離子水中形成Ti(OH)₄沉淀，并向沉淀中逐滴滴入硝酸，以最少的硝酸溶解沉淀形成TiO(NO₃)₂澄清溶液；步驟二：將甘氨酸和硝酸鍶加入TiO(NO₃)₂溶液中，混合均勻形成前驅液，將前驅液加熱蒸發濃縮至起泡燃燒得到含碳納米SrTiO₃陶瓷初級粉末；步驟三：將得到的納米SrTiO₃陶瓷初級粉末進行除碳、造粒、壓制成型、排膠、燒結得到晶粒細小均勻的SrTiO₃陶瓷介質材料。本發明制備方法簡單快速，能耗低，制備的SrTiO₃陶瓷晶粒細小均勻，致密度高，擊穿強度高，且可釋放儲能密度大。本發明制備鈦酸鍶儲能電介質陶瓷材料的工藝簡單，快速便捷，易于工業化生產。

技術領域

本發明屬于陶瓷介質儲能材料制備領域，具體涉及一種高擊穿高儲能密度鈦酸鍶介質陶瓷材制備方法。

背景技術

陶瓷介質電容器相比燃料電池、電池及超級電容器等儲能器件，擁有超高的功率密度、快速充放電和良好溫度穩定性等特點，因而受到廣泛研究。隨著電子工業的迅速發展，陶瓷介質電容器已深入到電子系統各個角落，雖然陶瓷介質電容器功率密度高，但由于其能量存儲密度較低，難以滿足現代電子產品日益增長的微型化和輕量化要求。因此，提高能量存儲密度成為了陶瓷介質電容器迫切需要解決的問題。

SrTiO₃陶瓷介質屬于典型順電體線性介質材料，其儲能密度可由式：W＝1/2ε₀ε_rE_b²近似計算，可見儲能密度主要取決于相對介電常數和擊穿強度，特別是擊穿強度。SrTiO₃陶瓷介質具有較高擊穿強度(～200kV/cm)。目前制備SrTiO₃陶瓷介質較多采用的制備方法是傳統固相法，該方法制得的SrTiO₃陶瓷介質陶瓷晶粒較粗，具有晶粒粗大不均勻、致密度低以及雜質缺陷等，導致SrTiO₃陶瓷介質往往擊穿強度較低(200kV/cm)，難以達到實際應用要求，此外該方法的燒結溫度一般達到1400℃及以上，耗能高，生產成本高。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種簡單快速的鈦酸鍶儲能陶瓷電介質材料的制備方法，該方法能夠有效降低陶瓷電介質晶粒尺寸，提高陶瓷電介質擊穿強度和能量存儲密度。本發明制備方法簡單快速，能耗低，制備的SrTiO₃陶瓷晶粒細小均勻，致密度高，擊穿強度高，儲能密度大。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種簡單快速的鈦酸鍶儲能陶瓷電介質材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將鈦酸丁酯滴入去離子水中形成Ti(OH)₄沉淀，并向沉淀中逐滴滴入硝酸，以最少的硝酸溶解沉淀形成TiO(NO₃)₂澄清溶液；

步驟二：將甘氨酸和硝酸鍶加入TiO(NO₃)₂溶液中，混合均勻形成前驅液，將前驅液加熱蒸發濃縮至起泡燃燒得到含碳納米SrTiO₃陶瓷初級粉末；

步驟三：將得到的納米SrTiO₃陶瓷初級粉末進行除碳、造粒、壓制成型、排膠、燒結得到晶粒細小均勻的SrTiO₃陶瓷介質材料。

進一步的，步驟一中，去離子水與鈦酸丁酯質量比為100︰5～10。

進一步的，步驟一中，鈦酸丁酯與硝酸摩爾比為1:13.4。