[发明专利]一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法，属于化学工程技术领域。一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：1)将LaNiO₃前驱体溶液旋涂于基片上制得第一湿膜；2)将步骤1)所得的第一湿膜干燥、热解，晶化制得单层LaNiO₃薄膜；3)重复步骤1)和步骤2)，制得复合基底；4)将BCZT前驱体溶液旋涂于步骤3)制得复合基底上，制得第二湿膜；5)将步骤4)所得的第二湿膜干燥、热解，晶化制得单层BCZT薄膜；6)重复步骤4)和步骤5)制得多层BCZT薄膜。本发明可获得具有纯度高、致密性好、平均晶粒尺寸小、储能密度值大、储能效率高和热稳定性良好等优点的薄膜。

技术领域

本发明涉及一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法，属于化学工程技术领域。

背景技术

电能作为一种清洁、高效的二次能源，在全球文明发展过程中扮演着至关重要的角色。目前主要的电能储能装置分为电池和电容器两种：电池诸如锂离子电池、燃料电池等的典型特征是具有高的能量密度，但是这类装置有化学腐蚀、环境污染、制备复杂等问题，以及这类装置体积难以在小型化保持高的能量密度，因此很难适应现代电子设备向小型化和微型化的发展趋势；电容器以静电场的形式储能，可以在几个充电循环中储存并快速释放能量，具有极高功率密度和快速充放电性能，因此电容器在需要高功率的电子设备中得到了广泛的应用。虽然电容器具有极高的功率密度，但是其能量密度却很低。目前常用的介电材料主要是陶瓷基或聚合物基材料，这些材料的有限能量密度通常小于2J/cm³，如果能在电容器高功率密度的基础上提高其储能密度，那么电容器的应用领域会更加宽广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法，本发明通过利用具有具有高储能密度高效率的无铅弛豫铁电材料(Ba_yCa_(1-y)Zr_zTi_(1-z))O₃(BCZT)，采用溶胶凝胶法制备了沉积在不同底电极上的具有较高的储能密度的BCZT薄膜材料，可以通过改变底电极的种类来调控薄膜的储能性能。此外，在改变底电极种类的基础上挑选出综合储能性能优异的BCZT薄膜掺杂一定量的La，并通过(Ba_yCa_(1-y))²⁺的过量程度进一步调控薄膜的储能性能。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种BCZT基高储能密度无铅弛豫铁电薄膜材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)将LaNiO₃前驱体溶液旋涂于基片上制得第一湿膜；

2)将步骤1)所得的第一湿膜干燥、热解，晶化制得单层LaNiO₃薄膜；

3)重复步骤1)和步骤2)，制得复合基底；

4)将BCZT或掺La的BCZT前驱体溶液旋涂于步骤3)制得复合基底上，制得第二湿膜；

5)将步骤4)所得的第二湿膜干燥、热解，晶化制得单层BCZT薄膜或掺La的BCZT薄膜；

6)重复步骤4)和步骤5)制得多层BCZT薄膜或掺La的BCZT薄膜。

优选的是，步骤1)所述的LaNiO₃前驱体溶液浓度为0.2-0.3M，步骤1)所述旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为30-60s。

优选的是，步骤2)所述的干燥温度为150-250℃，干燥时间为3-5min；所述的热解温度为450-600℃，热解时间为3-5min，700-800℃于空气氛围中晶化5-10min。