BaTiO 3 基弛豫铁电陶瓷介电储能性能研究
发布时间：2021-11-25 03:59
能源危机与环境污染日趋严重,这促使世界各国致力于新能源的开发、收集与利用。电容器作为一种适用于脉冲装置领域的核心电容性部件,亟需提高其介电击穿强度和储能密度,以适应相应仪器设备小型化、集成化、环保化的发展需求。钛酸钡（BT）具有优异的介电、铁电性能,是当前制造绿色环保介电电容器的重要材料,因此本研究选择BT为出发点,首先借助组分调控将BT铁电体转变为弛豫铁电体,再利用不同价态离子掺杂以降低剩余极化、改善介电击穿强度,并在一价离子掺杂组分中尝试了轧膜工艺以提高陶瓷致密度,最终获得了优化的能量存储表现。具体如下:在纯BT中引入不同含量的钛酸锶铋（SBT）制备出一系列的BT-xSBT陶瓷。Sr2+和Bi3+进入ABO3结构的A位取代Ba2+,破坏长程铁电有序,这促使相变峰拓宽、降低、并向低温方向移动,从而显著提高了陶瓷的弛豫特性。同时,SBT可细化晶粒,降低烧结温度,提高介电击穿强度。然而低含量的SBT虽可破坏BT长程铁电有序,但效果不明显;高含量的SBT使烧结困难,不利于陶瓷的致密化。研究发现适量的SB...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1产储能装置特性对比
扔诺愣?甘苋?们的关注[31,32]。一直以来含铅（Pb）陶瓷因其优异的性能备受人们的青睐，但是由于铅具有长期性、持久性、潜在性的毒性，排放进大自然中无法再降解，进入人体后影响人的大脑和神经系统以及致癌，所以开始被人们重视和杜绝。再者，当今仪器设备都在往小型化和集成化方向发展，这就要电容器等设备用最小的体积储存最多的能量，即储能密度要大幅提高，因此发展高性能的无铅介电陶瓷成为无机介质电容器发展的时代性要求[19,33-35]。1.2电介质陶瓷研究现状一般来说，电介质陶瓷都有其独特的电滞回线，即P-E回线。图1.2.1显示了铁电体的P-E回线示意图。多晶铁电陶瓷的晶粒总是因能量最低原则而分裂成许多小范围内自发极化方向一致的区域，这些小的区域被定义为铁电畴，在外电场E作用下可以翻转，而在无外加电场E时随机取向。当E增加且超过矫顽场Ec（又称矫顽力）时，电介质陶瓷内部沿E方向产生宏观偶极矩，在陶瓷表面产生束缚电荷，诱导极化P，Ec附近P的明显变化主要归因于铁电畴反转。而E达到介电击穿强度（Dielectricbreakdownstrength，BDS或DBS）时，P达到最大极化Pmax。当E开始降低时，某些电畴会反向，但在E降低为零时，P不降低为零，从而导致剩余极化Pr。为了使P降为零，需要施加反方向的E（-E）至-Ec。随着-E的增加，会有极化的类似重排。对于铁电陶瓷，对Pmax附近的短线段作切线，切线与P轴的截距可以估计自发极化Ps[8,36]。图1.2.1铁电体的电滞回线示意图Figure1.2.1Atypicalhysteresisloopinferroelectrics
第1章绪论5对P-E回线中Ec点与Pmax点间的曲线利用第二章公式(2-18)对P轴积分可以得到总能量密度W，即图1.2.1中深紫色和淡蓝色部分的总面积。对Pr点与Pmax点间的曲线利用第二章公式(2-19)对P轴积分可以得到有效能量密度Wrec，即图1.2.1中深紫色部分的面积。图中淡蓝色的面积代表损耗掉的能量密度。根据P与E的关系，无铅电介质陶瓷可以分为如图1.2.2所示的以钛酸钡（BaTiO3，BT）为代表的铁电体陶瓷[37-39]，以铌酸银（AgNbO3，AN）为代表的反铁电体陶瓷[40-43]，以钛酸钙（CaTiO3，CT）为代表的线性电介质陶瓷[44-46]和以钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，NBT）基为代表的弛豫铁电体陶瓷[47-49]这四类[29]。图1.2.2介电陶瓷的介电及铁电特性：(a)铁电体；(b)反铁电体；(c)线性；(d)弛豫铁电体Figure1.2.2Dielectricandferroelectricpropertiesofdielectricceramics:(a)Ferroelectrics;(b)Antiferroelectrics;(c)Linearity;(d)RelaxorFerroelectrics1.2.1铁电体陶瓷铁电体（Ferroelectric，FE）陶瓷是指具有铁电性的陶瓷。这类陶瓷的晶胞结构为铁电相结构，正负电荷的中心不重合，产生自发极化，施加外电场时，自发极化强度的方向随外电场方向的变化而重新取向，即具有铁电性。20世纪40年代，人们发现钛酸钡具有非常强的铁电性，自此，具有钙钛矿结
本文编号：3517352
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1产储能装置特性对比
扔诺愣?甘苋?们的关注[31,32]。一直以来含铅（Pb）陶瓷因其优异的性能备受人们的青睐，但是由于铅具有长期性、持久性、潜在性的毒性，排放进大自然中无法再降解，进入人体后影响人的大脑和神经系统以及致癌，所以开始被人们重视和杜绝。再者，当今仪器设备都在往小型化和集成化方向发展，这就要电容器等设备用最小的体积储存最多的能量，即储能密度要大幅提高，因此发展高性能的无铅介电陶瓷成为无机介质电容器发展的时代性要求[19,33-35]。1.2电介质陶瓷研究现状一般来说，电介质陶瓷都有其独特的电滞回线，即P-E回线。图1.2.1显示了铁电体的P-E回线示意图。多晶铁电陶瓷的晶粒总是因能量最低原则而分裂成许多小范围内自发极化方向一致的区域，这些小的区域被定义为铁电畴，在外电场E作用下可以翻转，而在无外加电场E时随机取向。当E增加且超过矫顽场Ec（又称矫顽力）时，电介质陶瓷内部沿E方向产生宏观偶极矩，在陶瓷表面产生束缚电荷，诱导极化P，Ec附近P的明显变化主要归因于铁电畴反转。而E达到介电击穿强度（Dielectricbreakdownstrength，BDS或DBS）时，P达到最大极化Pmax。当E开始降低时，某些电畴会反向，但在E降低为零时，P不降低为零，从而导致剩余极化Pr。为了使P降为零，需要施加反方向的E（-E）至-Ec。随着-E的增加，会有极化的类似重排。对于铁电陶瓷，对Pmax附近的短线段作切线，切线与P轴的截距可以估计自发极化Ps[8,36]。图1.2.1铁电体的电滞回线示意图Figure1.2.1Atypicalhysteresisloopinferroelectrics
第1章绪论5对P-E回线中Ec点与Pmax点间的曲线利用第二章公式(2-18)对P轴积分可以得到总能量密度W，即图1.2.1中深紫色和淡蓝色部分的总面积。对Pr点与Pmax点间的曲线利用第二章公式(2-19)对P轴积分可以得到有效能量密度Wrec，即图1.2.1中深紫色部分的面积。图中淡蓝色的面积代表损耗掉的能量密度。根据P与E的关系，无铅电介质陶瓷可以分为如图1.2.2所示的以钛酸钡（BaTiO3，BT）为代表的铁电体陶瓷[37-39]，以铌酸银（AgNbO3，AN）为代表的反铁电体陶瓷[40-43]，以钛酸钙（CaTiO3，CT）为代表的线性电介质陶瓷[44-46]和以钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，NBT）基为代表的弛豫铁电体陶瓷[47-49]这四类[29]。图1.2.2介电陶瓷的介电及铁电特性：(a)铁电体；(b)反铁电体；(c)线性；(d)弛豫铁电体Figure1.2.2Dielectricandferroelectricpropertiesofdielectricceramics:(a)Ferroelectrics;(b)Antiferroelectrics;(c)Linearity;(d)RelaxorFerroelectrics1.2.1铁电体陶瓷铁电体（Ferroelectric，FE）陶瓷是指具有铁电性的陶瓷。这类陶瓷的晶胞结构为铁电相结构，正负电荷的中心不重合，产生自发极化，施加外电场时，自发极化强度的方向随外电场方向的变化而重新取向，即具有铁电性。20世纪40年代，人们发现钛酸钡具有非常强的铁电性，自此，具有钙钛矿结
本文编号：3517352
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3517352.html
