[發(fā)明專利]一種儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110181382.2
• 申請(qǐng)日: 2021-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN112919907B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白王峰;劉繼康;元勇軍;吳詩婷;裴浪;鮑亮;張懷偉;陳逸凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/465;C04B41/88
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及功能材料與器件領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)能陶瓷材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和有效儲(chǔ)能密度較低的問題，公開了一種儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法，該陶瓷的化學(xué)組成為(1?x)NaNbO₃?xCaTiO₃，其中0.15≤x≤0.9。作為優(yōu)選，所述x=0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9。首次將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaTiO₃引入到鈮酸鈉基陶瓷中進(jìn)行摻雜改性，達(dá)到高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的同時(shí)獲得高儲(chǔ)能密度高效率，不但拓展了摻雜改性的研究方向，而且制備出了一種有應(yīng)用前景的無鉛儲(chǔ)能陶瓷材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能材料與器件領(lǐng)域，尤其涉及一種儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著電子元器件的小型化和集成化，這就對(duì)電子材料提出了更高的要求。相對(duì)于電池，化學(xué)電容器等能量存儲(chǔ)器件，電介質(zhì)電容器具有功率密度高，放電速度快，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，塊體陶瓷電介質(zhì)電容器更是具有較高的溫度穩(wěn)定性以及儲(chǔ)能總量。能夠廣泛應(yīng)用于高功率脈沖武器，電磁發(fā)射器，能源存儲(chǔ)以及混合動(dòng)力交通工具逆變?cè)O(shè)備中。

目前商用的儲(chǔ)能陶瓷材料主要集中在鉛基材料中，但是，隨著環(huán)境惡化問題日益加重，因此，開發(fā)出具有儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能新型無鉛儲(chǔ)能材料就顯得至關(guān)重要。作為一種無鉛的反鐵電材料，NaNbO₃在最近的儲(chǔ)能應(yīng)用中重新引起了人們的關(guān)注。但是，其中具有Pbma空間基團(tuán)的反鐵電P相在室溫下是不穩(wěn)定的，并且在大的外部電場(chǎng)的響應(yīng)下傾向于不可逆地向鐵電相轉(zhuǎn)變。根據(jù)報(bào)道，一些NaNbO₃基固溶體在室溫下表現(xiàn)出穩(wěn)定的反鐵電正交P相，但觀察到其中有非常大的相位切換滯后，除此之外它們的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和有效儲(chǔ)能密度也相對(duì)較低，這限制了其儲(chǔ)能應(yīng)用潛力，依然無法取代鉛基陶瓷材料。

專利號(hào)CN202011080909.4，專利名稱“一種新型高儲(chǔ)能、高效率的鈮酸鈉基陶瓷材料及其制備方法”，本發(fā)明公開了一種新型高儲(chǔ)能、高效率的鈮酸鈉基陶瓷材料，組成式為(1-x)[0.9NaNbO₃-0.1Bi(Mg_2/3Ta_1/3)O₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃，x為摩爾百分比，0≤x≤0.40，本發(fā)明還公開了一種鈮酸鈉基陶瓷材料的制備方法，包括所述的一種新型高儲(chǔ)能、高效率的鈮酸鈉基陶瓷材料，還包括如下步驟：制備鈮酸鈉基陶瓷粉體；將鈮酸鈉基陶瓷粉料放入球磨罐中進(jìn)行預(yù)定處理后，產(chǎn)物壓成坯體進(jìn)行預(yù)燒；預(yù)燒完成后將產(chǎn)物倒入球磨罐中再次進(jìn)行預(yù)定處理，完成后將粉體用模具壓成圓片；將圓片在馬弗爐中按燒結(jié)條件進(jìn)行燒結(jié)即可制備鈮酸鈉基陶瓷材料，通過引入強(qiáng)鐵電體Bi(Mg_2/3Ta_1/3)O₃和(Bi_0.5Na_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃與NaNbO₃反鐵電體形成均勻固溶體，以提高陶瓷材料最大極化強(qiáng)度和擊穿場(chǎng)強(qiáng)，從而提升了介電陶瓷材料的儲(chǔ)能密度。其不足之處在于，其有效儲(chǔ)能密度有待提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有儲(chǔ)能陶瓷材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)和有效儲(chǔ)能密度較低的問題，提供一種儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能無鉛鐵電陶瓷材料及其制備方法，首次將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CaTiO₃引入到鈮酸鈉基陶瓷中進(jìn)行摻雜改性，達(dá)到高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的同時(shí)獲得高儲(chǔ)能密度高效率，不但拓展了摻雜改性的研究方向，而且制備出了一種有應(yīng)用前景的無鉛儲(chǔ)能陶瓷材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種儲(chǔ)能效率加強(qiáng)高儲(chǔ)能無鉛鐵電陶瓷材料，該陶瓷的化學(xué)組成為(1-x)NaNbO₃-xCaTiO₃，其中0.15≤x≤0.9。