[发明专利]一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及功能材料与器件领域，针对现有储能陶瓷材料的击穿场强和有效储能密度较低的问题，公开了一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷的化学组成为(1‑x)NaNbO₃‑xCaTiO₃，其中0.15≤x≤0.9。作为优选，所述x=0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9。首次将钙钛矿结构的CaTiO₃引入到铌酸钠基陶瓷中进行掺杂改性，达到高击穿场强的同时获得高储能密度高效率，不但拓展了掺杂改性的研究方向，而且制备出了一种有应用前景的无铅储能陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及功能材料与器件领域，尤其涉及一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子元器件的小型化和集成化，这就对电子材料提出了更高的要求。相对于电池，化学电容器等能量存储器件，电介质电容器具有功率密度高，放电速度快，使用寿命长等优点，块体陶瓷电介质电容器更是具有较高的温度稳定性以及储能总量。能够广泛应用于高功率脉冲武器，电磁发射器，能源存储以及混合动力交通工具逆变设备中。

目前商用的储能陶瓷材料主要集中在铅基材料中，但是，随着环境恶化问题日益加重，因此，开发出具有储能效率加强高储能新型无铅储能材料就显得至关重要。作为一种无铅的反铁电材料，NaNbO₃在最近的储能应用中重新引起了人们的关注。但是，其中具有Pbma空间基团的反铁电P相在室温下是不稳定的，并且在大的外部电场的响应下倾向于不可逆地向铁电相转变。根据报道，一些NaNbO₃基固溶体在室温下表现出稳定的反铁电正交P相，但观察到其中有非常大的相位切换滞后，除此之外它们的击穿场强和有效储能密度也相对较低，这限制了其储能应用潜力，依然无法取代铅基陶瓷材料。

专利号CN202011080909.4，专利名称“一种新型高储能、高效率的铌酸钠基陶瓷材料及其制备方法”，本发明公开了一种新型高储能、高效率的铌酸钠基陶瓷材料，组成式为(1-x)[0.9NaNbO₃-0.1Bi(Mg_2/3Ta_1/3)O₃]-x(Bi_0.5Na_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃，x为摩尔百分比，0≤x≤0.40，本发明还公开了一种铌酸钠基陶瓷材料的制备方法，包括所述的一种新型高储能、高效率的铌酸钠基陶瓷材料，还包括如下步骤：制备铌酸钠基陶瓷粉体；将铌酸钠基陶瓷粉料放入球磨罐中进行预定处理后，产物压成坯体进行预烧；预烧完成后将产物倒入球磨罐中再次进行预定处理，完成后将粉体用模具压成圆片；将圆片在马弗炉中按烧结条件进行烧结即可制备铌酸钠基陶瓷材料，通过引入强铁电体Bi(Mg_2/3Ta_1/3)O₃和(Bi_0.5Na_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃与NaNbO₃反铁电体形成均匀固溶体，以提高陶瓷材料最大极化强度和击穿场强，从而提升了介电陶瓷材料的储能密度。其不足之处在于，其有效储能密度有待提升。

发明内容

本发明是为了克服现有储能陶瓷材料的击穿场强和有效储能密度较低的问题，提供一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料及其制备方法，首次将钙钛矿结构的CaTiO₃引入到铌酸钠基陶瓷中进行掺杂改性，达到高击穿场强的同时获得高储能密度高效率，不但拓展了掺杂改性的研究方向，而且制备出了一种有应用前景的无铅储能陶瓷材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种储能效率加强高储能无铅铁电陶瓷材料，该陶瓷的化学组成为(1-x)NaNbO₃-xCaTiO₃，其中0.15≤x≤0.9。