【摘 要】
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随着对石油需求量的不断增加,我国已经成为全球最大的原油进口国,为突破对国外原油的依赖,加快对我国深海深层石油资源的勘探与开发具有重要的战略意义。地质勘探是石油勘探的关键环节,电火花震源地震波的激发则是地质勘探的关键技术。高功率脉冲信号电源可以满足深海深层石油勘探对电火花震源的需求,而电介质电容器具有高功率密度、快充放电速度等优点在电火花震源中有着极为广泛的应用前景。电介质电容器的核心在于电介质材料
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随着对石油需求量的不断增加,我国已经成为全球最大的原油进口国,为突破对国外原油的依赖,加快对我国深海深层石油资源的勘探与开发具有重要的战略意义。地质勘探是石油勘探的关键环节,电火花震源地震波的激发则是地质勘探的关键技术。高功率脉冲信号电源可以满足深海深层石油勘探对电火花震源的需求,而电介质电容器具有高功率密度、快充放电速度等优点在电火花震源中有着极为广泛的应用前景。电介质电容器的核心在于电介质材料,其中铁电材料成为近几年电介质储能的研究热点。铌酸钠（Na Nb O3,NN）是一种典型的铁电材料,在室温下,具有较大的饱和极化强度（～40μC/cm~2）、较高的居里温度（～370℃）,但是剩余极化强度和矫顽场强较大限制其在储能领域的应用。为此,本论文将细化晶粒和增强弛豫性能综合,分别掺杂Mg2+和固溶Bi Yb O3,制备了NN基铁电陶瓷,在此基础上采用退火处理有望进一步改善其储能特性。本文探究了组分、退火工艺对NN基陶瓷微结构和电性能的影响,通过组分优化设计、退火工艺优化增强了陶瓷的弛豫性能和储能特性。取得主要成果如下:（1）研究了Mg2+对NN铁电陶瓷的微结构以及电性能的影响。研究结果表明:随Mg2+掺量增加,Na MgxNb1-xO3（NMxN）陶瓷的物相结构由反铁电正交相转变为弛豫铁电的赝立方相,陶瓷的晶粒尺寸先增加后减小,当x=0.2陶瓷的晶粒尺寸最小（～1.09μm）,电滞回线明显变纤细,弛豫性能增强。此外,x=0.12陶瓷的最大极化强度(Pmax)为29.9μC/cm~2,击穿场强为130 k V/cm,在20～100℃的电滞回线的温度稳定性较弱。（2）在（1）基础上,选择Pmax最大的NM0.12N铁电陶瓷作为研究对象,与Bi Yb O3（BY）固溶,研究了Bi Yb O3量对晶体结构、表面形貌、介电性、铁电性、弛豫性能、储能特性的影响。研究发现:随着BY固溶量增加,NMN-x BY陶瓷的物相结构转变为弛豫铁电的赝立方相,介温曲线中居里峰（TC）从390℃至室温,居里峰逐渐宽化,弥散指数增大,弛豫行为增强,x=0.02时弥散指数为1.78,电滞回线变纤细。x=0.04时获得最佳的储能密度0.998 J/cm~3,能量效率70%,在20～80℃具有一定的温度稳定性。（3）在（1）、（2）基础上,研究了不同退火温度、气氛、时间对NMN-0.04BY弛豫铁电陶瓷微结构和电性能的影响。研究发现:退火后的NMN-0.04BY陶瓷的相结构都是弛豫铁电体的赝立方相;850℃退火NMN-0.04BY陶瓷的Pmax和剩余极化强度（Pr）增加,Pmax为18.63μC/cm~2,ΔP最大为13.43μC/cm~2,这可能与漏电流、内应力、成分均匀性有关;850℃氮气退火的陶瓷晶粒尺寸最小0.68μm,表明氮气有明显的细化晶粒作用;对比氮气和空气,850℃氧气退火的NMN-0.04BY陶瓷氧空位浓度降低,电滞回线更纤细;8 h氧气退火NMN-0.04BY陶瓷的晶粒充分长大,晶界间隙减小,储能密度为0.885 J/cm~3,高能量效率81%（电场为160 k V/cm）,在20～80℃的变化率分别为8%和1%,表现出优异的温度稳定性。与未退火NMN-0.04BY陶瓷相比,储能密度降低5%,能量效率提升11%,温度稳定性提高（50%和90%）,表明延长退火时间能明显的提升NMN-0.04BY陶瓷的能量效率和储能密度的温度稳定性。
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