[發明專利]一種PbHfO3

在審

• 申請號: 202011521711.5
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112573916A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 劉增輝;萬紅艷;張楠;唐卓華;任巍;葉作光
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/48
• 分類號: C04B35/48;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種PbHfO₃基陶瓷材料及其制備方法，屬于陶瓷材料領域。本發明的PbHfO₃基陶瓷材料，由摩爾分數為(1?x)的反鐵電材料PbHfO₃和摩爾分數為x的的反鐵電材料Pb(Zn_0.5W_0.5)O₃固溶而成，為具有較低臨界電場及較高擊穿場強的新型反鐵電?反鐵電二元固溶體陶瓷材料。在±200kV/cm的外加交流偏壓和10Hz的測試頻率下，應變可達0.63％，儲能密度可達到4.91J/cm³。本發明的PbHfO₃基陶瓷材料，為易調控的大應變和高儲能密度反鐵電陶瓷材料。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料領域，尤其是一種PbHfO₃基陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子信息技術、航空航天以及國防工業的快速發展，大應變和高儲能密度電介質材料在各種電力、電子系統及大位移致動器等領域有不可替代的應用。因此開發出大應變及高儲能密度的新型材料成為當前研究的熱點之一。由于反鐵電材料在發生場致→鐵電相變過程中伴隨著巨大的應變和能量的儲存與釋放，故在高密度儲能器件、大位移致動器及機電換能器等領域中都具有廣泛的應用。與鐵電陶瓷材料相比，反鐵電陶瓷由于其特有的雙電滯回線，表現出近零剩余極化和高飽和極化強度的特性，具有大應變、儲能密度高及效率高等特點，是一種優異的儲能材料。但也存在擊穿場強不夠高、臨界電場過高所導致的應變及儲能密度低等缺點，難以滿足新技術發展的需求。

目前所報道的儲能陶瓷材料主要集中在在制備工藝成熟、儲能性能優良的PbZrO₃基材料，與之相似的鉿酸鉛(PbHfO₃)基材料由于極化強度更大(P_max可達45μC/cm²)、擊穿場強E_b可達270kV/cm以及相對較小的電滯(ΔE～46kV/cm)，因此在大位移致動器及高儲能介電材料領域具有重要的應用前景。但是鉿酸鉛基陶瓷很難燒致密、鐵電-轉換電場過高等嚴重限制了它的工業化應用。

目前，還未見大應變及高儲能密度的PbHfO₃-Pb(Zn_0.5W_0.5)O₃陶瓷材料及其制備方法的相關報道。在保證高儲能密度的前提下最終開發出組分簡單且易調控的高儲能密度及大應變的材料具有重要的研究意義與應用價值。

發明內容

本發明的目的在于解決PbHfO₃儲能陶瓷材料很難燒結致密及鐵電-轉換電場過高的問題，提供一種PbHfO₃基陶瓷材料及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種PbHfO₃基陶瓷材料，由摩爾比為(1-x)：x的反鐵電材料PbHfO₃和反鐵電材料Pb(Zn_0.5W_0.5)O₃固溶而成；

其中，0＜x≤0.20。

進一步的，室溫下在電場作用下能夠發生反鐵電-鐵電相變，應變為0.01％～0.63％，儲能密度為0.38～4.91J/cm³。

一種PbHfO₃基陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將PbO粉體、HfO₂粉體和ZnWO₄粉體按照摩爾比為(1+a)：(1-x)：0.5x稱取，混合后進行一次球磨，得到混合粉體；

其中，a＝0.00～0.08，x＝0.01～0.20；

(2)將混合粉體依次進行烘干、研磨和壓塊后，在800～880℃條件下保溫2～6h，得到預燒粉體；