[發明專利]含Na0.9

有效

• 申請號: 202110102829.2
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN113233770B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 蒲永平;杜欣怡;彭鑫;李潤;張倩雯;陳敏;張金波
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C03C10/02
• 分類號: C03C10/02;C03B32/02
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

含Na_0.9K_0.1NbO₃晶相的高介電硼酸鹽玻璃陶瓷材料，該材料的制備方法為：首先采用了K₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅及H₃BO₃為原料，按化學式0.9((1?x)K₂O?xNa₂O)?2Nb₂O₅?0.1B₂O₃（0.00≤x≤0.50）配比取料，粉體通過機械球磨混合均勻，退火；經過熔融、冷卻成型和退火得到玻璃塊體，并通過在800^oC保溫2h晶化處理制得玻璃陶瓷材料。本發明制備工藝簡單，原料價格低廉，制作成本低，室溫能夠獲得線性的電滯回線，儲能密度最高達到1.68J/cm³，介電損耗低于0.04，在120^oC高溫下保證儲能效率在96%以上。

技術領域

本發明涉及玻璃陶瓷材料領域及其制備方法，特別涉及獲得含Na_0.9K_0.1NbO₃晶相的高介電硼酸鹽玻璃陶瓷材料及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，脈沖技術在混合動力汽車、航空航天及石油鉆井等領域的飛速發展，對儲能介質電容器提出了“高溫化、高能量密度和高可靠性”的要求。由晶相和致密玻璃相構成的玻璃陶瓷依賴于其內部致密玻璃相的高擊穿場強與鐵電晶相的良好介電性能而在儲能介電材料領域受到科研工作者的青睞。

根據線性電介質的儲能密度計算公式，可得儲能元件的儲能密度與其自身的相對介電常數與擊穿場強有關。為了使玻璃陶瓷材料具有較高的儲能密度，有工作在基質玻璃系統中添加Pb⁴⁺以提升其各種性能。為了實現材料的無鉛化，科研工作者開始對鈣鈦礦型與鎢青銅型鐵電材料進行研究。目前，鈮酸鹽玻璃陶瓷是儲能玻璃陶瓷的熱點研究，大多圍繞鈮酸鍶鋇玻璃粉體或陶瓷展開研究，但是鈮酸鍶鋇玻璃陶瓷的制備過程中所用原料較為復雜，還存在原料利用不高的缺陷；而對于鈮酸鉀鈉玻璃陶瓷材料研究甚少。鈮酸鉀鈉（即(K,Na)NbO₃）屬于典型鈣鈦礦晶體結構。ABO₃型的鈣鈦礦晶體結構是一種穩定且應用廣泛的晶型是典型鐵電體，不僅在鐵電、壓電、熱釋電方面有較多的研究，還在光催化、儲能方面有更為新穎的研究關注熱度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種含Na_0.9K_0.1NbO₃晶相的高介電硼酸鹽玻璃陶瓷材料及其制備方法與應用，該方法原料高度均勻反應，利用率高，且制得的玻璃陶瓷材料主晶相為具有良好介電性能的Na_0.9K_0.1NbO₃晶相，并具有高的耐壓強度，高介電常數和低的介電損耗。

本發明引入氧化鈉促進具有鈣鈦礦結構的Na_0.9K_0.1NbO₃晶相析出并成為主晶相以獲得高介電常數，同時優化硼酸鹽玻璃網絡結構，抑制載流子的遷移以提高擊穿強度。0.9((1-x)K₂O-xNa₂O)-2Nb₂O₅-0.1B₂O₃系統玻璃陶瓷材料中通過引入氧化鈉對玻璃網絡結構及基體的介電及耐壓性能進行進一步改性。