[发明专利]一种提高储能陶瓷材料介电常数的方法

说明书

本发明公开了一种提高储能陶瓷材料介电常数的方法，通过采用以下方法对电极制备工艺进行调整，(1)提高银浆料在陶瓷样品表面的固化温度，随烧银温度的升高，介电常数大幅提高，且880℃时介电性能最佳；(2)在880℃烧银温度下延长保温时间，在3h左右达到最优介电性能；(3)通过Zview软件模拟，并揭示要在更宽更高频率表现出优越的介电性能须减小表面电阻。本发明提供的方法不但能够提高储能陶瓷材料的介电常数等性能，还从理论上分析并指导此类介电材料发挥优越介电性能的实施方法。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，更具体的说是涉及一种提高储能陶瓷材料介电常数的方法。

背景技术

钛酸锶(SrTiO₃)陶瓷是一种重要的功能材料，广泛应用于电子、机械工业等领域。室温下钛酸锶陶瓷为立方相结构，是顺电体，具有较高的相对介电常数，而且由于其不像铁电体陶瓷(如BaTiO₃)那样内部存在畴壁的不稳定，因此钛酸锶陶瓷还具有较高的耐电压强度，从而同时具备较高εr和Eb的独特性质。为此近年来，钛酸锶基陶瓷被认为是极具发展潜力的固态储能介质材料体系之一。

由此可见，钛酸锶陶瓷中实现更高储能密度的关键在于同时获得更高的相对介电常数和耐电压强度。然而，由于介质材料的相对介电常数和耐电压强度是一对相互矛盾的参数。因此，钛酸锶基陶瓷储能材料的研究一直没有取得突破性的进展，为了提高材料的介电常数和击穿强度，研究者采用掺杂、添加剂、包覆等多种方法。例如将Ba²⁺替代Sr²⁺位，虽然提高了介电常数但是降低了击穿强度，从而储能密度没什么提高；加入低介电常数添加剂，虽然可以降低晶粒尺寸提高击穿强度，但介电常数下降剧烈。因此，改善介电材料性能的方法各异，优劣也各异。而最主要的问题是，这些提高材料性能方法的实质，即物理模型并不是十分清晰，这就导致大量的实验尝试仍不能最终满足最优性能材料的需求。

发明内容

通常介电陶瓷材料的电容测试需要在片状样品的两面涂上导电浆料，固化后形成双极板。但是电极材料固化后导电性、样品表面的导电性、以及电极与样品是否接触良好并没有更深讨论，而这一点对介电材料发挥优越的介电性能有重要影响。

有鉴于此，本发明提供了一种提高储能陶瓷材料介电常数的方法，不但提高钛酸锶介电材料的介电常数等性能，还从理论上分析并指导此类介电材料发挥优越介电性能的实施方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高储能陶瓷材料介电常数的方法，包括如下：

(1)提高银电极固化温度

通过利用油画刷将银浆料均匀涂抹在钛酸锶陶瓷样品上，待干燥后将所述钛酸锶陶瓷样品放入箱式炉中进行固化，选取固化温度580℃、680℃、780℃和880℃，保温时间均为30～35min，然后测定银电极固化温度对应的介电频谱和高频下的介电常数，以便得到最佳的固化温度，如图2所示。

(2)延长电极固化时间

将银浆料均匀涂在钛酸锶样品表面，在箱式炉中选取最佳固化温度为880℃条件下，分别选择0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5和4h对样品银电极进行加热固化，然后测定银电极固化时间对应的介电频谱和高频下的介电常数，以便得到在最佳的固化温度条件下的最佳固化时间，如图3所示。

(3)Zview软件模拟

选取的模型为两个RC并联单元串联，参数分别是C1＝10nF，C2＝100nF，R2＝10MΩ，R1取值为1000、100、10、1、0.1、0.01和0.001Ω，然后对体系的电容和损耗随频率变化的关系图进行模拟，以便和实际实验的数据进行类比，如图5、6所示。