[發(fā)明專利]鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜、制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115368131B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 羅進;周晉鋒;呂憶農;劉云飛
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: H10N97/00
• 分類號: H10N97/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發(fā)明提供一種鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜、制備方法及其應用，通過溶膠?凝膠法在鈦酸鍶鉍基中引入鈦酸鋇鐵電材料，提高材料的介電常數(shù)以及致密度，進而提高材料的儲能性能，在此基礎上，結合引入Mn元素，使得材料的擊穿場強提升，使材料的P?E曲線變得纖細，大大提高了鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜的儲能密度和儲能效率，在不同電場下都能保持高儲能密度和高儲能效率。

技術領域

本發(fā)明涉及鐵電薄膜材料技術領域，具體而言涉及一種鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜、制備方法及應用。

背景技術

相比于其他電能儲存器，包括電池和電化學超級電容器，電介質電容器擁有更快的充放電速率和更高的功率密度，可廣泛應用于電動汽車、脈沖式電子設備及電力系統(tǒng)中。根據(jù)介質的不同，電介質電容器主要分為電介質陶瓷電容器和電介質復合電容器，對于電介質陶瓷電容器而言，相比于電介質儲能陶瓷，薄膜材料擁有更小的厚度，可以施加更高的電場，獲得更大的儲能密度，近年來，電介質薄膜電容器受到了更廣泛的關注。

目前電介質薄膜電容器中，主要使用的介電材料有線性電介質(LD)、順電體(PE)、鐵電體(FE)、反鐵電體(AFE)和弛豫鐵電體(RFE)。鐵電材料可以通過提升最大極化強度、降低剩余極化強度以及提高擊穿場強以提高材料的儲能密度，弛豫鐵電體材料具有細長電滯回線，因此其具有低剩余極化強度，從而具有更好的儲能密度，被廣泛應用在薄膜電容器中。

Sr_0.7Bi_0.2TiO₃基薄膜作為一類典型的無鉛弛豫鐵電儲能材料，近來受到了人們的廣泛關注，但是純Sr_0.7Bi_0.2TiO₃薄膜的介電常數(shù)和擊穿強度較低，導致其儲能性能較差，從而影響其的進一步應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜，通過引入鈦酸鋇組分提高薄膜的介電常數(shù)以及致密度，結合Mn的摻雜減小鐵電材料中的缺陷，降低鐵電材料的漏電流，從而提高了Sr_0.7Bi_0.2TiO₃基弛豫鐵電薄膜的儲能密度和儲能效率，使制備的儲能薄膜在不同電場下都能保持高儲能密度和高儲能效率。

根據(jù)本發(fā)明目的第一方面，該薄膜的化學組成為0.9Sr_0.7Bi_0.2TiO₃-0.1BaTiO₃-xMn，其中x為摩爾比，x＝0～0.02。

優(yōu)選地，x＝0.01。

優(yōu)選地，所述薄膜的厚度為260～280nm。

根據(jù)本發(fā)明目的第二方面，提供一種前述鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、稱取適量的乙酸錳，并將乙酸錳溶于乙酸，得到溶液A；

按照組成的化學計量比稱取乙酸鍶，乙酸鉍，乙酸鋇，并溶解在乙酸和乙二醇甲醚的混合溶劑中，得到溶液B；

S2、在溶液B中加入按照組成的化學計量比的溶液A，并進行去水及回流，得到溶液C；

S3、稱取適量的異丙醇鈦和乙酰丙酮，并將異丙醇鈦快速加入乙酰丙酮中，得到溶液D；

S4、在溶液C中加入按照組成的化學計量比的溶液D，恒溫攪拌回流，再經過陳化、過濾，并抽真空，得到前驅體溶膠；

S5、將前驅體溶膠均勻旋涂在襯底上并進行干燥熱解，重復旋涂數(shù)、干燥，熱解的過程直至達到所需厚度的薄膜；

將所得薄膜進行退火結晶，得到鈦酸鍶鉍基無鉛弛豫鐵電薄膜。

優(yōu)選地，所述溶液A的濃度為0.1mol/L。