[发明专利]一种稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器及其制备方法

说明书

本发明涉及储能薄膜材料领域，公开了一种稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器及其制备方法；该制备方法在高温、高氧压环境下，利用超高真空射频磁控溅射技术，通过等离子体对靶材轰击，使靶材粒子沉积在基片上，并实现外延生长，得到BHT外延薄膜。因射频磁控溅射技术的特点，本身薄膜的生长速度较慢，使得通过该方法制备出的薄膜晶粒尺寸均匀，薄膜表面平整，结晶度好，结合BaZr_0.2Ti_0.8O₃陶瓷靶材优良的储能特性，使其该陶瓷靶材作为BT‑基储能材料的储能特性进一步增强。

技术领域

本发明涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器及其制备方法。

背景技术

能源危机已经成为全球化的一个重要问题，国家对新能源、新材料行业的发展方向同样做出了重要指示，因此对能源类材料的开发与性能提升便迫在眉睫。与锂离子电池、超级电容器与钙钛矿太阳能电池相比，铁电储能电容器具有充放电快速、成本低廉、使用寿命长等优点。而铁电储能电容器相对于陶瓷块体电容器、单晶块体电容器、陶瓷厚膜电容器与柔性聚合物电容器来说，外延薄膜铁电储能电容器由于其各向异性、缺陷少等优势，往往具有更高的击穿场强，更大的极化强度以及可靠性等。在这种情况下，基于外延薄膜材料的铁电储能电容器被越来越多的学者广泛研究并且取得了明显的进展。然而，绝大多数的研究仅仅停留在对铁电薄膜电容器在室温条件下性能的提升。众所周知，任何电子材料在长期使用时均会出现发热等情况从而造成性能的劣化，而电容器的温度稳定性同样是表征其性能优劣的一个重要指标，因此对外延薄膜铁电储能电容器可靠性(包括温度稳定性与机械疲劳性)的提升必将成为其一个重要的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器及其制备方法，通过本发明制得的铁电储能薄膜电容器不仅在室温具有良好的储能密度和储能效率同时具有优异的温度稳定性，且基体不含铅，对人体无害、对环境友好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器的制备方法，利用磁控溅射方法制备所述稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器，包括以下步骤：

步骤(1)，将BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷作为靶材，将靶材和基片安装到位；

步骤(2)，预处理基片；

步骤(3)，预溅射BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材；

步骤(4)，溅射BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材，使BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材在基片上进行外延薄膜生长，生成的薄膜厚度为350nm-450nm；

步骤(5)，对步骤(4)生成的薄膜进行退火处理，得到稀土元素改性的宽温薄膜储能电容器。

优选的，BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材采用BaTiO₃粉和HfO₂粉制备，制备过程为：按照BaHf_0.17Ti_0.83O₃的化学计量比将BaTiO₃粉和HfO₂粉混合均匀，再将混合物依次进行球磨、预烧结、二次球磨、造粒、成型和烧结，得到BaHf_0.17Ti_0.83O₃陶瓷靶材。