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高功率脉冲设备的小型化、功率集成化和复合化趋势使得高介电常数、低介电损耗及高耐压的电介质电容器的研发变成了该行业的热点课题。SrTiO3(ST)是钙钛矿结构(ABO3)的线性介电材料,其居里温度远低于室温(-250 ℃),介电损耗小,同时具有较高的击穿强度,为其获得较高的储能密度奠定了坚实的基础。为了使 ST的居里温度向室温方向靠近,更适用于室温储能应用,并且通过 A、B 位掺杂使其获得弛豫特性,保证其具有较高的储能效率。因此,本论文在ST粉体中引入同属钙钛矿结构的Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)、BaTiO3(BT)、KNbO3(KN)和SnO2、MgO等氧化物。调节其居里温度,使ST基陶瓷转化为弛豫铁电体,增强其弛豫特性,极化性能和耐击穿能力,并且控制其较低的能量损耗。同时将其晶体结构、微观形貌、介电、弛豫、铁电和储能性能进行表征。 通过固相法合成了(1-x)ST-xNBT陶瓷,XRD和Raman结果显示出:随着 NBT 含量的增大,样品呈现伪立方钙钛矿结构,并且晶胞参数随之增大。所有样品均出现明显的介电宽峰,并且在该峰区域内呈现较显著的频率色散现象。该陶瓷在宽温度范围内具有典型的弛豫铁电体行为,主要是由于晶格无序程度的增加和纳米极化微区(PNRs )的热演化导致。随着Na0.5Bi0.5TiO3的含量从 0.1 增加到 0.6,介电峰所对应的温度(Tm)值从-118℃增加到106℃ @1 kHz。当x=0.1-0.4时,NBT的引入所造成的陶瓷内部极化相的增多并没有引起充-放电过程中能量损耗的显著增大。其中,当 x=0.2-0.4 时,样品在其临界电场下分别达到较高的放电能量密度(1.58-1.70 J·cm-3)。 通过固相法合成了(0.8-x)ST-0.2NBT-xBT 弛豫铁电体陶瓷,BT的引入并没有改变陶瓷原本的伪立方钙钛矿结构。介电温谱中观察到宽泛的峰值区域。BT的引入使得样品的Tm持续增加。较细的电滞回线随着BT含量的增多而消失,并且样品的饱和极化强度显著地提高,表明 BaTiO3的引入诱发铁电相的作用逐渐增强。x=0.35样品的击穿强度高达17 kV·mm-1,最大极化强度高达29.19μC·cm-2,最高的放电储能密度为1.78 J·cm-3,储能效率为77.06 %。 通过固相法制备了(1-x)(0.45ST-0.2NBT-0.35BT)-xSnO2陶瓷。随着SnO2 浓度的升高,陶瓷的平均晶粒大小从2.5μm降低至0.8μm,这对于击穿强度的提高是十分有益的。当x=0.07时,样品的击穿强度高达24 kV·mm-1。所有陶瓷均具备较细的电滞回线。引入 SnO2可有效地改善其储能应用,x=0.07样品在24kV·mm-1电场下的放电能量密度高达2.25 J·cm-3,储能效率为79.51 %。 采用固相法制备了(1-x)Sr0.5Na0.25Bi0.25TiO3-5 wt% MgO-xKN 陶瓷。当x=0.05时,晶粒尺寸达到最小值(1.40 μm)。样品中出现的两个介电峰,分别代表低温纳米极化微区(LT-PNRs)和高温纳米极化微区(HT-PNRs)的存在。KNbO3的加入最终改变了LT-PNRs和HT-PNRs之间的体积比。当x=0.05 时,样品达到 X9R 标准要求。该体系陶瓷的电滞回线均呈现“细长”状,KNbO3的掺杂可明显地降低样品的剩余极化强度,且KNbO3的含量越多,降低的幅度越明显。当 x=0.05 时,样品的极化差高达 26.24μC·cm-2,击穿强度高达17.85 kV·mm-1,储能效率为76.34 %,使得其具有优异的储能密度2 J·cm-3。