【摘 要】
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高储能密度、高储能效率及快速存放电材料是高功率密度大容量电容器的基础,与铁电和线性介电材料相比,反铁电材料在电场作用下发生反铁电-铁电相变时总是伴随着巨大的能量存
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高储能密度、高储能效率及快速存放电材料是高功率密度大容量电容器的基础,与铁电和线性介电材料相比,反铁电材料在电场作用下发生反铁电-铁电相变时总是伴随着巨大的能量存储与释放,且相变时间极短,从而更适宜于在高功率密度大容量电容器中得到应用。本文采用丝网印刷工艺,在氧化铝基片上成功制备了A位掺杂微量稀土元素镧的(Pb1-3x/2Lax)(ZryTi1-y)O3反铁电厚膜。采用X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)等手段对反铁电厚膜材料进行了物相成分、微观结构的分析。并且采用精密LCR数字电桥与铁电综合测试仪对该材料的介电性能、击穿场强(BDS)以及电滞回线(P-E)等宏观电性能进行了测量。为了提高反铁电厚膜材料的储能特性,对PZT基反铁电厚膜烧结工艺进行了研究。发现在富铅气氛下,烧结温度为850℃时,PLZT反铁电厚膜具有较优的储能行为。为实现厚膜的致密化烧结,研究了烧结助剂PbO、ZnO、MgO氧化物与低熔点PbO-B2O3-SiO2玻璃粉对反铁电厚膜显微结构及储能行为的影响。烧结助剂的引入,均能不同程度提高厚膜的致密度及BDS值,而厚膜的介电常数却因烧结助剂的引入逐渐降低。综合分析,低熔点PbO-B2O3-SiO2玻璃粉含量为3wt%时,PLZT反铁电厚有最高的储能密度为3.12J/cm3,是未添加烧结助剂的储能密度的2.1倍。在此基础上还研究了A位掺杂La的变化及厚度对反铁电厚膜储能行为的影响。La的掺杂使得厚膜的电滞回线变得细斜,同时也降低了厚膜的介电常数。当La的掺杂量为0.02mol时,具有最优的储能行为。随着膜厚度的增加,相对介电常数提高,但BDS值却随厚度的增加而减小。膜的厚度在25μm左右具有较好的储能特性。
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