论文部分内容阅读
钛酸钡材料具有高介电常数、高击穿强度而被电子工业广泛应用。钛酸钡基超级电容器具有全固态、耐高压等性能,但是其在低频区介电损耗较大,自放电现象较严重,这就限制了钛酸钡基超级电容器的应用与发展。所以研究的方向应该侧重于降低电介质材料的介电损耗,进而获得在低频区具有高介电性能和高容量性能的超级电容器。本文旨在钛酸钡周围引入一层氧化物,制备性能优异的钛酸钡基复合薄膜材料,并且对复合薄膜材料的低频介电性能进行探究,对其结构与性能的关系进行分析,然后组装超级电容器,探讨其低频容量性能及低频测试的稳定性。主要内容和结果如下：1.采用石墨纸做电极,在钛酸钡周围引入一层氧化物(B203单层薄膜、B2O3-SiO2复合薄膜),探讨了SiO2与B2O3的最佳混合比例为3：1,成功制备了B2O3-SiO2复合薄膜层。通过不同温度处理B2O-SiO2/BaTiO3薄膜可以得出900℃是最佳的处理温度,介电层在900℃时表现出了优异的介电性能,在1Hz时介电常数为1108,介电损耗为0.4345。通过不同升温速率对比,可以得出2℃/min的升温速率,能够促进B2O3-SiO2的熔融,并且形成均匀层,促进介电层介电性能的提高。此外,通过多片叠加,成功制备了B2O3-SiO2/BaTiO3超级电容器。2.采用价格低廉的铝片作为电极材料,采用在空气中热处理的方法,使钛酸钡与铝电极表面生成一层热氧化膜,使电极与氧化物一体化,通过不同的热处理制度来影响热氧化膜的形成和铝电极的存在状态,进而提高电极与氧化铝层的有效接触面积及氧化铝的含量,热处理最优条件为：10℃/min、120min,在500mHz下的钛酸钡电容器的介电常数最大,达到3.84×104,介电常数在低频区的增加较为明显,介电损耗最低为0.2801,电容器的电容最大,达到2.92gF,最终降低了介电损耗,提高了Al/Al2O3/BaTiO3超级电容器的容量。3.选用三乙醇胺作为处理液,通过化学转化法使铝电极表面生成化学转化膜(一水合软铝石),最终提高薄膜中氧化铝的含量。通过一定的氧化处理制度,来改变生成氧化铝的结构和形态,确定了最优氧化条件：氧化速率为10℃/min,氧化时间为30min。氧化铝的存在可以促进钛酸钡在低频区的介电和电容性能的提升,在500mHz下介电常数为3.84×104,电容值达到3.95μF,并通过100V、200V、300V高电压充放电,得出了电容器的容量密度及其耐压性。通过等效电路拟合探究了氧化铝和钛酸钡膜层的电化学性能,验证了钛酸钡和氧化铝膜层的结合结构,证明了电介质层中有氧化铝的存在。此外,通过对比有无三乙醇胺处理的电容器的性能,可以得出用三乙醇胺处理的电容器的具有更优异的介电和容量性能,三乙醇胺处理在制备Al/Al2O3/BaTiO3超级电容器中起到了重要的作用。4.采用全新的EIS固定频率测试法,对Al/Al2O3/BaTiO3超级电容器的低频测试稳定性进行了探讨,探讨了振幅、测试周期、频率对电容器电容测试稳定性的影响,研究结果得出振幅、测试周期、频率对稳定性都有一定影响,其中频率影响最大。并且建立测试周期与频率之间的等效公式模型,为本体系实验缩短测试时间和提高EIS测试效率提供了可行性。