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脉冲功率系统高功率、小型化的发展要求储能电介质陶瓷具有更高的储能密度、更高的储能效率,以及更好的耐压性能。目前报道的BNT基弛豫铁电体由于PNRs的作用具有极化能力高的优势,但耐压不高。ST线性储能电介质具有良好的耐压特性,但介电常数低阻碍其储能性能的提高。本文利用两者固溶形成BNT-ST弛豫铁电体,以期通过两相比例的调控得到具有细长P-E曲线的组分,同时兼备两组元的高极化和高耐压特性,得到储能性能优异的弛豫铁电体储能陶瓷。 采用固相法制备(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xSrTiO3(0.25≤x≤0.75)陶瓷(简称BNST100x)。XRD显示BNT和ST形成了单一立方钙钛矿结构。拉曼光谱表明局部结构不对称,存在离子无序分布引起的PNRs。BNT-ST的介温谱具有弥散的宽峰和显著的频率色散,表现出典型的弛豫特征。介温峰随着ST含量的增加从120℃向-80℃移动,BNST45的介温峰在室温附近。BNT含量高的组分具有更高的Pmax。ST含量增加时体系的Emax提高,相应Pmax减弱,同时铁电性和内建电场被抑制。样品的P-E曲线由类双电滞回线变为细长的S型P-E曲线,最终接近顺电态的P-E曲线。分别在以BNT为主和ST为主的体系中得到了性能较优的组分。BNST45在1kHz的室温介电常数为4500,Emax为120kV/cm,Pmax为34μC/cm2,有效储能密度提高到1.12J/cm3,储能效率80%。BNST70的介电常数为2800,Emax提高到140kV/cm,Pmax为23.4μC/cm2,有效储能密度1.17 J/cm3,储能效率82%。 采用非化学计量比和气氛热处理的方式针对0.55BNT-0.45ST组分中Bi空位、氧空位对其显微形貌、电学性能、储能性能的影响进行了探讨。Bi含量增加,可以提高样品的极化能力,减小晶粒尺寸,在一定程度上抑制了Pr和Ec。但过多的Bi会使块体气孔增多,耐压下降。非化学计量比改性的BNST45有效储能密度可以提高到1.34J/cm3。 热处理使样品的晶粒尺寸降低,均匀性增加,致密性提高。氧空位浓度高的组分具有更高的电阻率和电导激活能。在N2处理的样品中,氧空位有效抑制了其铁电性。热处理使样品的储能性能稳定在1.2J/cm3以上。N2-9h具有更好的致密性、均匀的晶粒以及高电阻率,其Emax提高到135kV/cm,储能密度提高到1.6J/cm3。