【摘 要】
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电介质电容器因具有高功率密度、快速充放电、使交流电通过、阻止直流电通过以及循环寿命长的特性,可实现滤波、储能、耦合、退耦的功能,因此被广泛应用于电路中。本文围绕介电储能陶瓷展开研究,创新性引入(Bi(Ni2/3Sb1/3)O3、Bi(Mg2/3Sb1/3)O3、Bi(Ni1/2Zr1/2)O3),并采用替换低带隙原料的新掺杂思路,探索了几种提升NaNbO3介质材料的储能特性的方法,深入分析讨论了样
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电介质电容器因具有高功率密度、快速充放电、使交流电通过、阻止直流电通过以及循环寿命长的特性,可实现滤波、储能、耦合、退耦的功能,因此被广泛应用于电路中。本文围绕介电储能陶瓷展开研究,创新性引入(Bi(Ni2/3Sb1/3)O3、Bi(Mg2/3Sb1/3)O3、Bi(Ni1/2Zr1/2)O3),并采用替换低带隙原料的新掺杂思路,探索了几种提升NaNbO3介质材料的储能特性的方法,深入分析讨论了样品组成、性能与结构的联系,并结合实验结果对样品性能提升的原因做出了解释。通过引入Bi3+、Ni2+、Sb3+离子,开发了新的（1-x）NaNbO3-x Bi(Ni1/3Sb2/3)O3陶瓷。Bi3+、Ni2+、Sb3+离子的引入实现了A、B位的不等效替代,使得结构复杂程度增加,并改善了陶瓷的弛豫性能,从而达到了减小剩余极化（Pr）的目的。当x=0.15时,陶瓷样品具有较高的储能密度(Wrec=3.71 J/cm~3)和适中的储能效率（η=77%）。考虑到Mg O禁带宽度高于Ni O,Mg2+的引入或许能使陶瓷样品的绝缘性增加,从而提高样品的耐击穿性。因此,设计并制备了（1-x）NaNbO3-x Bi(Mg1/3Sb2/3)O3陶瓷。实验结果证明,通过调节Bi(Mg1/3Sb2/3)O3的掺入量可以将NaNbO3陶瓷的击穿电场强度（Eb）成功提升至580 k V/cm。最终,0.85NaNbO3-0.05Bi(Mg1/3Sb2/3)O3样品呈现出4.65 J/cm~3的高的Wrec和值为77%的适中的η;由于（1-x）NaNbO3-x Bi(Ni1/3Sb2/3)O3中存在杂相,因此选择Zr4+替代原料Sb3+以排除杂相,设计并制备（1-x）NaNbO3-x Bi(Ni1/2Zr1/2)O3陶瓷。通过调节Bi(Ni1/2Zr1/2)O3的掺入量从而有效调节了样品的晶粒尺寸、增加了样品结构的复杂程度。最终使样品的Wrec达到4.91 J/cm~3。鉴于0.90NaNbO3-0.10Bi(Ni0.5Zr0.5)O3陶瓷的η较低,因此我们引入极化强度(Pmax)较高且剩余极化（Pr）较小的(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3Ti O3,设计并制备了（1-x）(0.90NaNbO3-0.10Bi(Ni0.5Zr0.5)O3)-x(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3Ti O3)陶瓷;希望以此稳定陶瓷的Pmax、降低陶瓷的Pr;鉴于0.95NaNbO3-0.05Bi(Mg0.5Sn0.5)O3陶瓷的Pr高,因此我们采用Pr极低的线性介质材料Ca Ti O3,设计并制备（1-x）(0.95NaNbO3-0.05Bi(Mg0.5Sn0.5)O3)-x Ca Ti O3陶瓷。实验证实,掺杂后的样品的P-E回线线性得到增强、Pmax保持稳定、Pr降低、储能性能得到改善。最终我们在0.60(0.90NaNbO3-0.10Bi(Ni0.5Zr0.5)O3)-0.40(Bi0.5Na0.5)0.7Sr0.3Ti O3)样品中获得了6.43 J/cm~3的高的Wrec以及82%的η,在0.88(0.95NaNbO3-0.05Bi(Mg0.5Sn0.5)O3)-012Ca Ti O3样品中获得了6.35 J/cm~3的高的Wrec,以及80%的η。
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