【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及儲能陶瓷材料，具體涉及一種儲能陶瓷材料及其制備方法以及高儲能密度陶瓷電容器電介質(zhì)。
技術(shù)介紹
1、目前，商用的儲能材料主要有pbtio3(pt)基、bifeo3(bf)基、batio3(bt)基儲能陶瓷等。然而，這些常用的儲能材料在實際使用的過程中，都或多或少存在以下問題：例如，純的pt陶瓷雖然具有較高的居里溫度(tc＝490℃)，但其存在不易燒結(jié)、易出現(xiàn)裂紋和性能差等問題，而且，由于pt基材料中的鉛(pb)易揮發(fā)，不僅會污染環(huán)境，還會危害人體健康；又如，由于bf基材料對合成溫度要求較高，導(dǎo)致在bf基材料的制備過程中，會存在fe3+向fe2+轉(zhuǎn)變的情況，導(dǎo)致bf基反鐵電陶瓷的制備過程相對困難；再如，bt基陶瓷雖然具有較優(yōu)異的鐵電特性，但較低的居里溫度限制了其在高溫下的應(yīng)用。
2、而雖然鈦酸鉍鈉(bi0.5na0.5tio3，簡稱bnt)基陶瓷因其對環(huán)境友好，原料廉價，且因其具有大的飽和極化值、較高的居里溫度以及低的介電損耗，在電介質(zhì)儲能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，純的bnt具有較大的剩余極化以及較小的擊穿場強，導(dǎo)致了其能量損失較大，并且儲能密度和儲能效率都比較低。因此仍需對其進行進一步優(yōu)化。而且，由于bnt屬于鐵電材料，具有較高的自發(fā)極化，這會導(dǎo)致較大的矯頑場，并且在外加電場消失后，仍能保持較高的極化強度，從而表現(xiàn)出強烈的矯頑性；此外，由于bnt基材料中存在晶格缺陷以及bi離子揮發(fā)產(chǎn)生的空位等問題，影響了bnt基材料的電學(xué)性能，導(dǎo)致漏電流增大。這些都使得bnt陶瓷直接應(yīng)用難度較大。
3、因
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、一般的，要提高陶瓷基體的性能，可以通過以下幾類方法實現(xiàn)：1)控制燒結(jié)工藝：通過合理的燒結(jié)工藝，可以調(diào)控陶瓷的晶粒尺寸和分布，從而提高其力學(xué)性能和致密程度。2)優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)：在設(shè)計陶瓷樣品時，可以考慮采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如增加支撐結(jié)構(gòu)、改變形狀等，以提高其整體性能。3)元素摻雜：精心選擇適當?shù)脑負诫s方法，設(shè)計引入金屬離子分別取代a、b位陽離子，并進行合理調(diào)控，可以有效地提高陶瓷基體的儲能性能，使其在儲能領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景。
2、專利技術(shù)人在研發(fā)儲能陶瓷材料的過程中，發(fā)現(xiàn)在bnt基體中摻雜ade3型鐵電體，bnt基體經(jīng)過ade3型鐵電體改性后得到的固溶體不僅結(jié)構(gòu)能夠更加穩(wěn)定，而且還具有準同型相界(mpb)，專利技術(shù)人進一步研究還發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整ade3型鐵電體的摻雜量，當?shù)玫降墓倘荏w為(1-x)bi0.5na0.5bo3-xade3時，x的取值范圍為0.06≤x≤0.25，其在mpb附近表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣性能，具有比bnt更高的最大極化強度pm和更低的矯頑場ec；同時，專利技術(shù)人還發(fā)現(xiàn)在該準同型相界處引入弛豫劑，進行離子摻雜能夠提高極化差值。由此，為了解決上述問題中的至少一個。根據(jù)本專利技術(shù)的一個方面，提供了一種儲能陶瓷材料。
3、該儲能陶瓷材料的通式為(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg3；其中，d為ti元素，e為o元素；ade3為能夠提高bi0.5na0.5tio3(簡稱bnt)的穩(wěn)定性的改性劑通式，以得到具有準同型相界的(bi0.5na0.5)(1-x)axde3；g為能夠在準同型相界處引入的弛豫劑通式；x的取值范圍為0.06≤x≤0.25，y的取值范圍為0＜y≤0.18。
4、由于bi0.5na0.5tio3經(jīng)過改性劑的改性后結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定了，并且還具有了準同型相界，使得可以通過在準同型相界中引入弛豫劑來提高材料的性能。
5、在一些實施方式中，g為通式h(j0.7l0.3)e3，或通式m0.7bi0.2de3，或通式dq2/3r1/3e3，或通式s2e3。
6、在一些實施方式中，h用于使(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07bo3-yl(m0.7n0.3)o3的鐵電疇向極性納米疇轉(zhuǎn)變；h和/或j用于細化(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的晶粒尺寸；l用于改善(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的立方平衡，并破壞(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的長程有序(長程鐵電納米疇)，誘導(dǎo)(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3產(chǎn)生極性納米區(qū)(簡稱pnrs)。
7、以g作為弛豫劑，對(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3進行摻雜，能夠提高材料的極化差值，利于儲能性能的提高。
8、在一些實施方式中，通式為ade3的改性劑為鐵電體材料。以便于使經(jīng)過改性的材料具有較高的飽和極化強度，有利于獲得較高的儲能特性。
9、在一些實施方式中，a為ba元素，所述材料的通式為(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxde3-yg，x的取值范圍為0.06≤x≤0.08；優(yōu)選的，x的取值為0.07。由此，通過改性劑batio3(簡稱bt)對bnt進行改性，不僅，可以得到結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的(bi0.5na0.5)(1-x)baxtio3，簡稱bnbt；而且，得到的bnbt具有準同型相界。在一些實施方式中，a為通式bi0.5k0.5，所述材料的通式為(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xde3-yg，x的取值范圍為0.06≤x≤0.25；優(yōu)選的，x的取值為0.2。由此，通過改性劑bi0.5k0.5tio3(簡稱bkt)對bnt進行改性，不僅，可以得到結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xtio3，簡稱bnbkt；也可以得到具有準同型相界且結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xtio3。
10、在一些實施方式中，h為ca元素；和/或j為hf元素；和/或l為zr元素；和/或m為元素sr；和/或q為元素mg；和/或r為元素nb；和/或s為元素la。由于ca的體積較小、極化程度低，可以促進鐵電疇向極性納米疇轉(zhuǎn)變；例如，當弛豫劑采用ca(hf0.7zr0.3)o3時，對bnbt進行離子摻雜時，能夠提高得到的(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxtio3-yca(hf0.7zr0.3)o3(簡稱(1-y)bnbt-ychz)的極化差值△p，降低(1-y)bnbt-ychz)的剩余極化，極大地改善了其電絕緣性能，使其漏電流減小、大大提升了電容器的能儲密度和能儲效率，提高了其擊穿場強，降低了能量損失；而且，由于原料中不含易揮發(fā)成分，不易污染環(huán)境；當改性劑為bkt時，或當弛豫劑為sr0.7bi0.2tio3、bimg2/3nb1/3o3、la2o3時，所起到的作用與改性劑為bt，弛豫劑為ca(hf0.7zr0.3)o3時起到的作用相同，在此不再贅述。
11、在一些實施方式中，y的取值為0.10、0.本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.儲能陶瓷材料，其特征在于，所述材料的通式為(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)AxDE3-yG；其中，D為Ti元素，E為O元素；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，G為通式H(J0.7L0.3)E3，或通式M0.7Bi0.2DE3，或通式DQ2/3R1/3E3，或通式S2E3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，H用于使(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)AxDE3-yG的鐵電疇向極性納米疇轉(zhuǎn)變；
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，所述通式為ADE3的改性劑為鐵電體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，A為Ba元素，所述材料的通式為(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)BaxDE3-yG，x的取值范圍為0.06≤x≤0.08；或A為通式Bi0.5K0.5，所述材料的通式為(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)Bi0.5K0.5xDE3-yG，x的取值范圍為0.06≤x≤0.25。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的儲能
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，所述y的取值為0.10、0.12、0.14、0.16或0.18。
8.權(quán)利要求1至7任一項所述儲能陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.權(quán)利要求1至7任一項所述儲能陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儲能陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述HCE3中的H為Ca元素；和/或
11.高儲能密度陶瓷電容器電介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.儲能陶瓷材料，其特征在于，所述材料的通式為(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg；其中，d為ti元素，e為o元素；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，g為通式h(j0.7l0.3)e3，或通式m0.7bi0.2de3，或通式dq2/3r1/3e3，或通式s2e3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，h用于使(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg的鐵電疇向極性納米疇轉(zhuǎn)變；
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，所述通式為ade3的改性劑為鐵電體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儲能陶瓷材料，其特征在于，a為ba元素，所述材料的通式為(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxde3-yg，x的取值范圍為0.06≤x≤0...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王長安，苗向洛，龐利娟，劉寧煬，張振輝，張世邦，李祈昕，曾昭燴，陳志濤，
申請(專利權(quán))人：廣東省科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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