[发明专利]一种反铁电AgNbO3

说明书

本发明属于无铅反铁电晶体领域，具体涉及一种反铁电AgNbO₃晶体的制备方法及应用。所述制备方法中，以V₂O₅和Na₂SO₄复配作为助熔剂制备反铁电AgNbO₃晶体。本发明提供的反铁电AgNbO₃晶体制备方法，通过以V₂O₅和Na₂SO₄复配作为助熔剂，能够有效避免V₂O₅透过刚玉坩埚析出而腐蚀熔盐炉，可将生长原料及刚玉坩埚的利用率提高3倍以上，将晶体生长成本降低到原来的30％以下。

技术领域

本发明属于无铅反铁电晶体领域，具体涉及一种反铁电AgNbO₃晶体的制备方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

为应对化石能源储量减少及全球能源需求持续增长之间的矛盾，开发太阳能、风能、地热能等可再生能源成为新能源开发与利用的主要途径。新能源的发展离不开配套的储能装置，提高储能器件的储能密度及充放电速度、降低储能器件的成本成为新能源开发利用及推广无法规避的技术问题。目前，主要的储能器有化学储能电池、固体氧化物燃料电池、超导磁储能系统、电化学超级电容器和介电电容器等。其中，介电电容器具有成本低、功率密度高(～GW/kg)、循环次数长(10⁶)以及充放电速度快(～ns)的优势，特别适合于高功率的脉冲电子器件，如电热激发炮、轨道炮、高能护盾、激光聚变系统等军事装备，心脏除颤器、激光手术等医疗设备。相比线性介质(LD)、铁电体(FEs)及弛豫铁电体(REFs)，反铁电(AFE)材料因其高储能密度W_rec、充放电速率快而引起了人们对其储能应用的广泛关注，并在储能方面展现出了巨大的应用前景。目前，高储能密度的AFE材料多为钙钛矿结构的铅基陶瓷材料，如锆酸铅(PbZrO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)以及其它氧化物与PbZrO₃(或PbTiO₃)结合形成的固溶体材料。这类材料中的铅含量通常会超过60wt％，高温生产过程中极易挥发而引起环境问题，危害人类健康。故此，人们迫切希望探索合适的无铅替代品。在替代性无铅AFE材料中，具有高相变场、高最大极化(P_max)、低介电损耗和剩余极化(P_r)、高可回收能量密度(W_rec)和快速充放电速度的AgNbO₃系反铁电材料必将成为储能介电电容器特别是脉冲功率电容器的理想材料。

AgNbO₃晶体的生长方法主要有两种：提拉法及助熔剂法。其中提拉法需在晶体炉中充入高压氧气(9个大气压)以避免Ag单质析出引起铂金坩埚中毒；助熔剂法主要采用V₂O₅或AgCl助熔剂体系，其中AgCl助熔剂体系生长温度高达1350℃，高温挥发及Ag单质析出等问题成为单晶生长的限制因素。V₂O₅助熔体系生长温度低、原料价格低，是AgNbO₃首选晶体生长方法。然而晶体生长过程中V₂O₅会透过刚玉坩埚析出而腐蚀熔盐炉，同时也导致生长余料配比无法计算而无法重复利用，另外，AgNbO₃晶体需要用NaOH与HCl反复清洗，其废液会引起环境污染，这些都增加了晶体生长成本不利于该材料的市场推广。

发明内容