弛豫型铁电体PMN-PT厚膜陶瓷的制备和储能特性的研究

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弛豫型铁电体由于具备较高的介电常数、较细的电滞回线、接近零的剩余极化强度等特征,能很好地满足当今小型化储能器件的要求。但目前为止,对铌镁酸铅(PMN)基弛豫型铁电体储能特性的研究较少报道。本文以铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)弛豫型铁电体为研究对象,通过流延法制备出其厚膜陶瓷,再对其储能特性进行研究。本文具体研究工作和主要成果如下:(1)根据(1-x)PMN-x PT系统的相图,利用两步合成法及流延工艺制备出了居里温区位于室温附近的厚膜陶瓷,并对其介电特性和储能特性进行了研究。研究结果表明:制备出的PMN-PT厚膜陶瓷在室温附近介电常数较大,介电损耗较小;电滞回线较细,各组分陶瓷样品能承受15MV/m的电场强度;30℃时,样品x=0.06的(1-x)PMN-x PT厚膜陶瓷储能密度达到0.94J/cm3,储能效率为81.44%。(2)采用Mn作为掺杂离子,制备出Mn掺杂的0.94PMN-0.06PT厚膜陶瓷,研究Mn的掺入对材料储能特性的影响。结果表明:适量Mn的掺入能有效降低材料的介电损耗和提升致密性,使击穿场强得到提升,进而获得更优的储能特性。30℃时,掺入量为0.0、0.1、0.5、1.0、1.5mol%的各厚膜陶瓷样品储能密度分别为0.94J/cm3、1.25J/cm3、1.86J/cm3、1.43J/cm3、1.21J/cm3,对应储能效率为81.44%、79.30%、84.43%、86.66%、81.87%。(3)基于液相烧结能提高致密性的考量,选取不同含量的Li Bi O2玻璃掺入到0.94PMN-0.06PT陶瓷中,研究Li Bi O2玻璃的添加对其厚膜陶瓷储能特性的影响。结果表明:掺入适量的Li Bi O2玻璃能有效降低材料的孔隙率及提升致密性,使材料的耐击穿场强提高,进而改善储能特性。在30℃,掺入量为0.0、0.5、1.0、1.5wt%的各厚膜陶瓷样品储能密度分别为0.94、1.75、1.93、2.25J/cm3,对应储能效率为81.44%、60.83%、71.81%、73.79%。
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