NBT-KBT-KNN储能介质陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2018-03-05 14:10

  本文选题：NBT-KBT-KNN陶瓷　切入点：固相法　出处：《武汉理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着电力电子系统的集成化及小型化的快速发展,对在脉冲功率系统储能介质陶瓷电容器的储能密度及储能效率提出了更高的要求。一般来说,反铁电储能材料由于其独特的双电滞回线而拥有更大的储能密度,但是目前所研究的大部分反铁电储能材料以铅基为主,因此开发出无铅反铁电储能介质陶瓷材料以适应全球无铅化的发展趋势十分重要。Na1/2Bi1/2TiO3(简称NBT)陶瓷由于在200~320℃之间存在双电滞回线而有利于获得较大的储能密度,但是其双电滞回线存在的温度较高限制了其实际应用。本文以NBT为研究对象,通过固溶K1/2Bi1/2TiO3(简称KBT)及掺杂K0.5Na0.5NbO3(简称KNN)形成(1-x)(Na1-yKy)0.5Bi0.5TiO3-xKNN体系,以降低NBT的退极化温度Td,使陶瓷材料在室温下获得较大的储能密度及储能效率并兼顾良好的宽温稳定性。本文主要开展了以下两个部分的研究工作:采用高温固相法制备(1-x)(Na0.80K0.20)0.5Bi0.5TiO3-xKNN(x=0,0.03,0.06,0.09,0.12,0.15)无铅储能介质陶瓷材料,研究KNN掺量对该体系材料结构及电学性能的影响。研究结果表明KNN的掺入能减小陶瓷显微结构中的大尺寸晶粒,使晶粒尺寸变得均匀;KNN的掺入降低该材料体系的退极化温度Td,且能压低居里峰改善其介电常数的温度稳定性;且KNN能削弱该体系材料的铁电性从而改善其储能性能;当x=0.09时,在室温及高温150℃下所能获得的最大的储能密度及储能效率分别为1.51 J/cm3、65.0%及1.45 J/cm3、82.0%;且获得良好的介电常数及储能密度温度稳定性,介电常数满足?C/C150℃≤±15%的温度范围61~393℃、介电常数为2320、损耗为0.0037,储能密度在20~150℃间满足?W/W100℃≤±20%;该体系材料在KNN掺量为0.09时获得最佳综合储能性能。采用固相法制备0.91(Na1-yKy)1/2Bi1/2TiO3-0.09KNN(y=0.14,0.16,0.18,0.20,0.22)无铅储能介质陶瓷材料,研究KBT固溶量对该体系材料结构及储能性能的影响。研究结果表明KBT固溶量超过0.16后,陶瓷样品晶体结构开始由正交-四方相转变;介电常数随着KBT的增加,先增加后减小在0.16处获得最大值,且当KBT固溶量为0.16时,该组分陶瓷样品储能密度随电场强度的变化的斜率高达0.148,在室温下的击穿强度为11.80 kV/mm,储能密度及储能效率分别为1.58J/cm3及67.4%,储能性能最佳。说明0.91(Na0.84K0.16)1/2Bi1/2TiO3-0.09KNN无铅储能陶瓷拥有储能密度大、储能效率高、介电常数及储能密度稳定稳定性优异等一系列优点,适合作为无铅宽温高稳定性高储能密度的储能介质陶瓷材料使用。
[Abstract]:With the rapid development of integration and miniaturization of power electronic systems, higher energy storage density and energy storage efficiency of dielectric ceramic capacitors in pulse power systems are required. Antiferroelectric energy storage materials have higher energy storage density due to their unique double hysteresis loops, but most of the antiferroelectric energy storage materials studied at present are lead-based. Therefore, it is very important to develop lead-free antiferroelectric dielectric ceramic materials to adapt to the development trend of global lead-free. Na _ 1 / 2Bi _ 1 / 2TiO _ 3 (abbreviated as NBTs) ceramics are advantageous to obtain higher energy storage density due to the existence of double hysteresis loops between 200 鈩，

本文编号：1570563