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具有高储能性质的陶瓷电介质电容器在电力电子系统中备受关注。然而,有效储能密度(Wrec)和温度稳定性区间的相互制约限制了它们的实际应用。Na0.5Bi0.5Ti O3(NBT)基陶瓷材料是一种具有广泛应用潜力的储能材料,其较高的铁电极化响应有利于得到高Wrec,通过改善其固有的高剩余极化和低击穿强度(BDS)等不足,有望进一步提升其能量存储特性。为此,本文通过对具有芯-壳结构的NBT基复合储能材料进行界面(介观尺度)、晶粒(微观尺度)、畴结构(纳米尺度)和缺陷(原子尺度)的调控,以期实现NBT基复合储能材料的可控合成,进而综合提升其能量存储特性及温度稳定性,并对NBT基材料的结构、介电和储能性质之间的构效关系提供一定的实验依据。1、通过具有芯-壳结构的复合陶瓷材料的界面设计来改善其宽温储能性质。主要以构建芯-壳结构的方式在多元陶瓷相[NBT和Sr Sn0.2Ti0.8O3(SST)]和玻璃相Bi2O3-B2O3-Si O2(BBS)的界面处引入La2O3以实现界面调控,进而改善(NBT@La2O3)-(SST@La2O3)-BBS复合陶瓷的宽温储能性质。结果表明:La2O3包覆层可以诱导产生细晶且均匀的微观结构,减小陶瓷/玻璃界面处的局部电场畸变;部分La2O3扩散掺杂到陶瓷相晶格可以诱导出较强的弛豫性并降低氧空位的缺陷浓度。当La2O3的包覆量为1.0 mol%、NBT@La2O3和SST@La2O3的物质的量比为58/42时,在较宽的温度范围20-500℃内均可实现较好的介电温度稳定性(Δε/ε150°C≤±15%)和储能热稳定性(20~150℃内,Wrec变化率在±10%以内)。并且在275 k V/cm下具有中等的Wrec(~2.25 J/cm~3)和η(~82.1%)。可见通过芯-壳结构材料的界面调控可以达到优化复合陶瓷材料的储能特性尤其是温度稳定性的目的。2、通过具有芯-壳结构的复合陶瓷材料的晶粒(形貌)设计来改善其宽温储能性质。主要是将不同晶粒形貌(包括球状、棒状及球棒混合状)的NBT@SST陶瓷粉体与BBS玻璃复合以得到NBT@SST-BBS复合陶瓷。主要研究了晶粒形貌和BBS添加量对材料能量存储性质的影响。实验结果表明,与芯部材料具有高度晶格匹配的中等εr的SST壳有利于降低陶瓷和玻璃相间的界面极化进而提高BDS,而陶瓷相的纳米棒形状可以增加电荷存储位点以诱导更高的ΔP值(~22.1μC/cm~2)。最终在具有纳米棒形貌且BBS添加量为0.05的复合陶瓷中实现229 k V/cm下的中等Wrec~2.19 J/cm~3和η~77.8%,并具有宽温度范围内(30~395℃)的介电温度稳定性。但其储能特性相对球状形貌样品(在254 k V/cm处Wrec达到2.24 J/cm~3)稍低,而球棒混合状的复合材料的Wrec达到最低(201k V/cm下Wrec仅为1.5 J/cm~3)。可见通过晶粒(形貌)设计可以有效提高材料的极化响应值,但对能量存储性质的优化不明显。3、通过具有芯-壳结构的复合陶瓷材料的畴结构设计来改善其宽温储能性质。主要是将铁电相NBT-K0.5Bi0.5Ti O3(NKBT)、顺电相Ca Zr O3(CZ)和反铁电相Na Nb O3(NN)或(Er,Mn)Na Nb O3(EMNN)三相复合以制备NKBTCZ-NN和NKBT@CZ-EMNN复合陶瓷。主要研究了NN和Er2O3添加量对材料能量储存性质的影响。结果证明,适量的NN或EMNN的引入可以诱导出多相纳米畴的共存,从而有利于提高ΔP和?。最终,NKBT-CZ-0.10NN复合陶瓷的Wrec值达到2.63 J/cm~3,并具有中等η(~83.5%)。此外,在宽温范围(72-421℃)也表现出了优异的介电及储能性质的稳定性。当Er2O3添加量为2 mol%时,NKBT@CZ-EMNN复合陶瓷的Wrec值达到2.79 J/cm~3,同时具有高η(~89.4%)和高BDS(~294 k V/cm)。并在70~500℃内满足Δε/ε150°C≤15%,且20~150℃内同时实现Wrec>1.32 J/cm~3和η>72%。可见通过畴结构的调控可以实现储能特性尤其是Wrec的优化,但多相复合会削弱铁电材料的极化,这不利于能量存储性质的进一步提升。4、综合上述研究,通过对具有芯-壳结构的NBT基复合陶瓷进行界面、晶粒、畴和缺陷的多尺度调控,以期突破复合陶瓷材料的能量存储特性和温度稳定性难以协同提升的瓶颈问题。主要是以芯-壳结构的方式在NKBT表面包覆复合弛豫相Sr Zr O3-Bi Mg0.5Sn0.5O3(SZ-BMS),并将其与玻璃相Si O2复合以制备NKBT@(SZ-BMS)-Si O2复合陶瓷。主要研究BMS添加量和烧结气氛对材料能量储存性质的影响。当BMS添加量为15 mol%时,复合陶瓷可以实现高BDS(~301 k V/cm)和ΔP(~29.1μC/cm~2),进而同时实现高Wrec(~3.94 J/cm~3)和高η(~87.1%),并具有较宽的介电温度稳定性范围(30~467℃)。在纯氧气氛下烧结的样品可以在349 k V/cm下同时达到高Wrec(~3.66 J/cm~3)和高η(~91.7%)。因此,通过对NBT基复合陶瓷的多尺度结构设计,可以建立材料在微观结构-极化响应-宏观电学性质间的系统性联系,从而达到综合提升材料储能特性和温度稳定性的目的。