[发明专利]一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器，所述无铅弛豫反铁电储能陶瓷的化学式为(1‑x)[0.76NaNbOsubgt;3/subgt;‑0.24(Bisubgt;0.5/subgt;Nasubgt;0.5/subgt;)TiOsubgt;3/subgt;]‑xCaZrOsubgt;3/subgt;，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。本发明还公开一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器制备方法。本发明提供的一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器及其制备方法，通过在0.76NaNbOsubgt;3/subgt;‑0.24(Bisubgt;0.5/subgt;Nasubgt;0.5/subgt;)TiOsubgt;3/subgt;中引入CaZrOsubgt;3/subgt;，能够通过加入CaZrOsubgt;3/subgt;来中和Nasupgt;+/supgt;和Bisupgt;3+/supgt;的挥发，进一步的提高NN体系的反铁电性能，储能密度和储能效率，制备出的铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器的极化强度为78μC/cmsupgt;2/supgt;，储能密度为2.4J/cmsupgt;3/supgt;，击穿场强为215kV/cm。

技术领域

本发明涉及一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器及其制备方法，属于功能陶瓷材料技术领域。

背景技术

近年来，集成电路的迅速发展以及经济社会发展不断的复杂变化，要求对更多环境友好型电介质储能材料进行研究，从而研发出储能密度好，效率高且不污染环境的储能器件。反铁电材料与其铁电对应物相比，因其优越的储能密度而受到越来越多的关注，多种类型以及结构的无铅反铁电材料被广泛研究。铌酸钠NaNbO₃长期以来被认为是一种高极化的材料。它不含有毒元素和挥发性钾，这使得它环保且易于制备。同时，其理论密度明显低于BT基、BNT基和铅基陶瓷等，这有利于器件的轻量化。所有这些优点使它非常有希望商业化。铌酸盐系无铅陶瓷作为无铅陶瓷研究的体系之一，具有较高的居里温度及机电耦合系数。但是纯NaNbO₃(NN)的储能密度极低，当前最有效的提升方式是将NaNbO₃与BNT(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃)复合形成0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃弛豫反铁电储能陶瓷。但是，由于掺杂的BNT陶瓷本身固有的缺陷，在实际的运用中受到了极大的限制。比如，0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃体系中的弛豫反铁电性需要在特别高的电场下才能获得。此外，采用常规方法制备0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃时，体系中的Na⁺和Bi³⁺都易挥发，不利于降低体系的漏导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器及其制备方法，能够通过加入CaZrO₃来中和Na⁺和Bi³⁺的挥发，进一步的提高NN体系的反铁电性能，储能密度和储能效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铌酸钠基无铅弛豫反铁电储能陶瓷电容器，无铅弛豫反铁电储能陶瓷的化学式为(1-x)[0.76NaNbO₃-0.24(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃]-xCaZrO₃，其中x为摩尔百分比，x的取值满足电中性。

所述x的取值为：0x≤0.04。