[發明專利]一種陶瓷薄膜前驅體及其制備方法和介電儲能電容器

有效

• 申請號: 202210808090.1
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115215652B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 賈婷婷;岳文鋒;俞亮;蔡亞麗;劉麗霞;于淑會;孫蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/462;H01G4/12
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 魏坤宇

本申請涉及介電材料領域，具體公開了一種陶瓷薄膜前驅體及其制備方法和介電儲能電容器。該陶瓷薄膜前驅體由金屬鹽、穩定劑、溶劑混合組成，金屬鹽是由鉍鹽、鈦鹽、鑭系金屬鹽、活潑金屬鹽組成；鑭系金屬鹽為鑭鹽、銪鹽、釤鹽、鐠鹽、釹鹽、鈰鹽、釓鹽、鏑鹽中的一種；活潑金屬鹽為鍶鹽或鈉鹽；該介電儲能電容器包括鍍鉑硅片、陶瓷薄膜、頂電極。本申請采用上述陶瓷薄膜前驅體制得的介電儲能電容器具有優良的儲能密度以及儲能效率，儲能密度可達54.08J/cmsupgt;3/supgt;，儲能效率可達87.30%，且溫度穩定性高，工作溫度達到200℃時，儲能密度可保持在常溫狀態的80%以上，儲能效率仍有75%以上。

技術領域

本申請涉及介電材料領域，更具體地說，它涉及一種陶瓷薄膜前驅體及其制備方法和介電儲能電容器。

背景技術

電容器是儲存電量和電能的元件，其中，介電儲能電容器具有較高的功率密度，在電磁彈射炮、醫療設備、運輸設備和脈沖激光武器等領域均有應用。

雖然傳統的介電儲能電容器的功率密度高，但儲能密度較低，因而有推出薄膜電介質儲能材料，由于薄膜電介質儲能材料具有極高的擊穿場強，儲能密度比傳統介電儲能電容器有大幅提高，在實際應用中更具前景。而目前制備薄膜介電儲能電容器通常采用弛豫鐵電材料和反鐵電材料，但是這兩類材料體系較少，并且大多數的材料是以鉛基材料為主，鉛基材料具有一定的毒性，且對環境造成污染，使得鉛基材料制備的薄膜介電儲能電容器應用受限。

發明內容

為了解決目前鉛基材料制備的薄膜介電儲能電容器對環境的污染問題，本申請提供一種陶瓷薄膜前驅體及其制備方法和介電儲能電容器。

第一方面，本申請提供一種陶瓷薄膜前驅體，所述陶瓷薄膜前驅體由金屬鹽、穩定劑、溶劑混合組成，所述金屬鹽是由鉍鹽、鈦鹽、鑭系金屬鹽、活潑金屬鹽組成；

所述鑭系金屬鹽為鑭鹽、銪鹽、釤鹽、鐠鹽、釹鹽、鈰鹽、釓鹽、鏑鹽中的一種；

所述活潑金屬鹽為鍶鹽或鈉鹽。

本申請采用上述的陶瓷薄膜前驅體，易于涂覆在鍍鉑硅片表面，且形成儲能密度較高、儲能效率較高的陶瓷薄膜，且無鉛基材料，減少鉛基材料的毒性對環境造成的污染，利用該陶瓷薄膜前驅體制得的介電儲能電容器具有優良的儲能密度以及儲能效率。

其中，采用上述鉍鹽、鈦鹽、鑭系金屬鹽、活潑金屬鹽組合作為金屬鹽，并在溶劑及穩定劑的作用下能促進金屬鹽的分散，制備得到的前驅體易于涂覆在鍍鉑硅片表面，且形成儲能密度較高、儲能效率較高的陶瓷薄膜。其中，鑭系金屬鹽優選為鑭鹽，鑭可以通過降低氧空位降低漏電流來改善材料的鐵電特性。

優選的，所述陶瓷薄膜前驅體的摩爾濃度為0.02-0.10mol/L，穩定劑與溶劑的體積比為(0.5-1.5):(18.5-19.5)。

上述濃度下的前驅體能使制得的介質儲能電容器具有優良的儲能密度及儲能效率；其中，前驅體的濃度是由金屬鹽的用量所控制。

而控制穩定劑與溶劑的體積比，能促進穩定劑與溶劑的混合分散性，并能促使金屬鹽分散至其中，在高分散固相粒子之間形成“物理屏障”，阻止粒子團聚，使溶膠在涂膜前后能夠保持長時間的穩定。

優選的，所述溶劑為丙酸；所述穩定劑為乙醇胺；所述鉍鹽為乙酸鉍；所述鈦鹽為鈦酸四丁酯；所述鑭系金屬鹽為鑭系金屬乙酸鹽；所述活潑金屬鹽為乙酸鍶或乙酸鈉。

優選的，所述溶劑為乙酸；所述穩定劑為乙酰丙酮；所述鉍鹽為硝酸鉍；所述鈦鹽為鈦酸四丁酯；所述鑭系金屬鹽為鑭系金屬硝酸鹽；所述活潑金屬鹽為硝酸鍶或硝酸鈉。

通過采用上述的溶劑、穩定劑，能促進具體對應的金屬鹽分散性，能制得穩定的前驅體體系，便于均勻涂布在鍍鉑硅片表面，形成儲能效率高、儲能密度高的陶瓷薄膜，且在高溫環境下仍能保持較高的儲能密度和儲能效率。