【摘 要】
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由于电子信息技术的高速发展,电子信息行业对铁电陶瓷电容器的电学性能要求也越来越高,对电能储存元件的微型化和大容量提出了更高要求。目前市面上大多数商用的铅基铁电陶瓷虽然电学性能较高,但是会对环境造成不可估量的损害。因此,发展具备环境友好特性的无铅铁电陶瓷显得尤为重要。钛酸锶钡(Ba1-xSrxTi O3,BST)是钛酸锶和钛酸钡的固溶体,具有高介电常数、低介电损耗、储能性能较好等优点。本论文以钛酸锶
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由于电子信息技术的高速发展,电子信息行业对铁电陶瓷电容器的电学性能要求也越来越高,对电能储存元件的微型化和大容量提出了更高要求。目前市面上大多数商用的铅基铁电陶瓷虽然电学性能较高,但是会对环境造成不可估量的损害。因此,发展具备环境友好特性的无铅铁电陶瓷显得尤为重要。钛酸锶钡(Ba1-xSrxTi O3,BST)是钛酸锶和钛酸钡的固溶体,具有高介电常数、低介电损耗、储能性能较好等优点。本论文以钛酸锶钡系列铁电陶瓷为基础固溶第二组元进行掺杂调控,致力于改善BST铁电陶瓷的电学性能,并对其相关性能进行测试与综合分析。采用传统固相法制备了（1-x）Ba0.7Sr0.3Ti O3-x Bi(Zn0.5Ti0.5)O3铁电储能陶瓷（简记为（1-x）BST-x BZT,其中x=0.05,0.10,0.15,0.20）并进行相关测试与系统分析。结果显示,通过引入BZT,有效地减小了BST的平均晶粒尺寸大小与介电常数,抑制了BST陶瓷的剩余极化强度Pr以及提高了击穿场强Eb,P-E回线变得“纤细”。使得0.85BST-0.15BZT铁电陶瓷在240k V/cm电场下具有较高的可恢复储能密度(Wrec=2.18J/cm3)以及储能效率（η=94.40%）。另外,当处于外加电场为200k V/cm的情况下,该陶瓷的频率稳定性在5Hz到500Hz的测试条件下保持了较高的水平。0.85BST-0.15BZT陶瓷在180k V/cm充放电测试中具有16.47MW/cm~3的功率密度及0.49μs的放电时间。采用传统固相法制备了（1-x）Ba0.7Sr0.3Ti O3-x Bi(Mg0.5Zr0.5)O3铁电储能陶瓷（简记为（1-x）BST-x BMZ,其中x=0.05,0.10,0.15,0.20）并进行详细测试与系统分析。为BST引入Mg2+与Zr4+进行部分离子取代的效果良好,极大程度地降低了晶粒尺寸,降低了介电常数峰的最大值,增强了弛豫性能。BMZ的引入在一定范围内破坏了铁电畴长程有序性结构,进而造成了许多极性纳米微区。在0.85BST-0.15BMZ陶瓷中同时获得了3.06J/cm3的可恢复储能密度和94.04%的高储能效率。同时,在200k V/cm的电场施加情况下,该陶瓷于10Hz到200Hz的频率范围内还获得了出色的频率稳定性。此外,0.85BST-0.15BMZ陶瓷在200k V/cm的电场下,也展示出了明显的功率密度（PD=18.19MW/cm~3）和快速放电时间(t0.9=1.06μs)。利用传统固相法制备了（1-x）Ba0.7Sr0.3Ti O3-x Bi(Mg0.5Ti0.5)O3铁电储能陶瓷（简记为（1-x）BST-x BMT,其中x=0,0.05,0.15,0.20,0.25）并进行相关测试与综合分析。结果显示,（1-x）BST-x BMT具有标准的ABO3结构,BMT的增加减小了其平均晶粒尺寸,造成了介电常数峰的下降与宽化,引入BMT提高了BST陶瓷的击穿场强Eb,最优组分0.80BST-0.20BMT陶瓷在300k V/cm电场下取得2.44J/cm3的可逆储能密度和76.25%的储能效率。此外,0.80BST-0.20BMT铁电陶瓷的可恢复能量密度和能量效率在5Hz至500Hz的测试频率范围内也具有较好的频率稳定性。0.80BST-0.20BMT铁电陶瓷在200k V/cm电场下也展示出了高的功率密度（PD=16.06MW/cm~3）与短的放电时间(t0.9=0.95μs)的电学特性。综上所述,本工作制备的三种铁电陶瓷的电学性能各有侧重,钛酸锶钡基铁电陶瓷在环境友好型电容器工程领域具有一定的应用潜力。
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