[发明专利]一种基于轧膜工艺的铪酸铅基反铁电材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种基于轧膜工艺的铪酸铅基反铁电材料及其制备与应用，该铪酸铅基反铁电材料的化学通式为(Pb_1‑3z/2La_z)(Hf_1‑x‑ySn_xTi_y)O₃，其中，0<z≤0.04，0<x<1.0，0<y<1.0；制备方法：1)将相应金属氧化物按照(Pb_1‑3z/2La_z)(Hf_1‑x‑ySn_xTi_y)O₃中相应的化学计量比混合研磨；2)烘干预烧；3)二次研磨烘干；4)与粘合剂混合，并粗轧、精轧及裁切；5)进行排粘处理及烧结处，即制得铪酸铅基反铁电材料；该材料可用于制备脉冲功率电容器、储能电容器、换能器。与现有技术相比，本发明制备方法简单易行，操作简便，适合批量化生产；本发明样品尺寸可调，适用范围广，耐击穿性能强和储能密度高，具有很好的应用价值。

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，涉及一种基于轧膜工艺的铪酸铅基反铁电材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，脉冲功率技术在医疗保健、激光技术和污染治理等领域得到广泛应用，而储能电容器作为脉冲功率系统的核心组成部分，是科研工作者的研究重点。常见的用于储能电容器的介质材料包括铁电材料，反铁电材料和线性电介质材料。与铁电体和线性电介质材料相比，反铁电体由于其特有的AFE-FE相变，具有更加优异的储能和充放电特性，因而被认为是优异的储能材料。

在储能应用方面，为了提高反铁电材料的储能密度，主要有两种措施。第一种措施是根据容忍因子公式，对陶瓷进行掺杂改性，增大开关场并提高饱和极化强度。第二种是提高其击穿场强，使其AFE-FE相变可以更充分。由于储能密度与击穿电场的平方成正比，因此提高材料的击穿电场是主要的研究方向。目前，报道的反铁电陶瓷块体的储能密度一般较低，由于固相合成的陶瓷块体积较大，内部出现缺陷的几率增加，导致击穿场强较低，储能性能无法提高。对比其他制备工艺，流延工艺和丝网印刷工艺同样可以制备反铁电材料，但加入的粘合剂较多，烧纸过程中由于粘合剂挥发孔洞较多，致密性较差，且对工艺环境要求较高。

目前，对反铁电体的研究主要集中在制备工艺成熟、储能性能优良的镧改性的锆钛酸铅基反铁电材料，但是与之相似的铪酸铅(PbHfO₃)基反铁电材料的储能性能却鲜有报道。虽然早在1953年PbHfO₃就被确认为反铁电体，但是关于PbHfO₃反铁电体的文献报道仍然很少。PbHfO₃陶瓷具有高AFE-FE相变开关场(EF>200kV/cm)、较高的饱和极化强度(P_max可达45μC/cm²)、高击穿场强(Eb可达270kV/cm)以及相对较小的电滞(ΔE～46kV/cm)，关于PbHfO₃陶瓷的制备工艺的介绍相对较少，目前多数采用传统的固相合成法，但是固相合成法制备的样品的储能密度较低，限制了反铁电材料的进一步应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于轧膜工艺的铪酸铅基反铁电材料及其制备方法与应用，通过一种新型的制备铪酸铅基陶瓷的工艺，提高陶瓷样品的均匀性和致密度，进而提高样品的击穿场强，最终达到提高材料的储能密度的目的，并且制备工艺简单，操作简便，成本较低，适合工业生产铪酸铅基反铁电材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：