[发明专利]一种稀土掺杂的铌酸银钠基陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂的铌酸银钠基陶瓷材料及其制备方法，铌酸银钠基陶瓷材料的化学组成为：(Ag_0.5‑xNa_0.5Sm_x)NbO₃，0.1x≤0.09；具体操作步骤：将Ag₂O，Nb₂O₅，NaCO₃和Sm₂O₃等原料按比例称量后混合球磨、烘干、研磨、过筛处理、预烧、造粒、压制成型、烧结，即得高储能密度的稀土掺杂铌酸银钠基陶瓷材料，稀土掺杂铌酸银钠基陶瓷材料的可释放能量密度为3.81J/cm³，储能效率达83.75％，性能稳定，制备方法简单，可适用于大功率能量存储领域。

技术领域

本发明属于无铅介电储能材料技术领域，具体涉及一种稀土掺杂的铌酸银钠基陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础。随着经济以及社会的快速发展，开发出了一系列可再生能源(如太阳能、风能或地热能等)。高性能存储装置是有效将这些可再生能源转换成电能的关键。与电池以及电化学电容器相比，电介质电容器具有较高的功率密度(10³～10⁷W/Kg)以及快速充放电性能的特点，可以应用于混合动力汽车、智能电网、电子工业产品等脉冲功率系统中。

为了满足高功率系统的集成化和小型化需求，发展具有更高能量密度的电介质材料成为了近些年来的研究热点。以含“铅”钙钛矿化合物(如PbZrO₃)为代表的反铁电介质，在强电场下可以转变为铁电体。通过化学元素掺杂的反铁电材料可呈现出可逆相变的“双电滞”回线。场诱导的“双电滞”具有高密度的电荷瞬间存储与释放特性，这一相变行为使得“含铅”反铁电材料在大功率能量存储(如电介质储能容器)领域具有广阔的应用。

然而，大部分铅基材料中铅元素含量超过总质量的70％，在制备及使用过程中会对环境以及人体造成极大的危害。因此，寻找和开发一种新型可替代的无铅反铁电材料十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种稀土掺杂的铌酸银钠基陶瓷材料及其制备方法，制备的铌酸银钠基陶瓷材料能够释放能量密度为3.76～3.81J/cm³，储能效率为83.25％～83.75％，性能稳定，制备方法简单，可适用于大功率能量存储领域。

本发明采用以下技术方案：

一种稀土掺杂的铌酸银钠基陶瓷材料制备方法，将Ag₂O，Nb₂O₅，NaCO₃和Sm₂O₃混合后依次进行一次球磨、一次烘干、研磨和过筛处理后得到混合粉体，然后将混合粉体进行预烧、二次球磨、二次烘干、造粒处理得到造粒粉体，将得到的造粒粉体压制成胚体，再经烧结处理后得到化学组成为(Ag_0.5-xNa_0.5Sm_x)NbO₃的高储能密度的稀土掺杂铌酸银钠基陶瓷材料，x为摩尔百分比，且0.1x≤0.09。

具体的，按化学组成(Ag_0.5-xNa_0.5Sm_x)NbO₃中的计量比，在x＝0.01、0.02、0.03、0.05、0.07和0.09时计算得的质量分别称取Ag₂O，Nb₂O₅，NaCO₃和Sm₂O₃粉体。

具体的，一次球磨的转速为400～450转/分，时间大于等于8小时，二次球磨的转速为400～450转/分，时间为4～5小时。