沉淀包覆法制备细晶粒钛酸锶基陶瓷及其储能性能研究
发布时间：2021-03-02 06:43
随着电子工业的快速发展,各种电子器件均向着小型化发展,陶瓷电容器作为脉冲脉冲功率技术中的储能电介质,它的储能密度限制了脉冲功率技术的小型化应用,如何提高陶瓷电容器的储能密度是当前急需解决的问题。本文采用溶胶-共沉淀法将高耐压材料9B2O3-13Al2O3-78SiO2（BAS）、2MgO-2Al2O3-5SiO2（MAS）均匀的包覆在SrTiO3（ST）、Ba0.4Sr0.6TiO3（BST）颗粒表面,通过一步烧结法煅烧成陶瓷,旨在获得高耐电场强度、高储能密度及高储能效率的细晶粒SrTiO3基陶瓷,并研究了不同包覆量的BAS和MAS对陶瓷烧结性能、显微结构及储能性能的影响。采用溶胶-共沉淀法成功的将BAS均匀包覆在ST颗粒表面,通过一步烧结法制得ST-xwt%BAS（x=0;1;2;3;4;6;8;10）...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电常数与极化强度与外加电场的关系(a)顺电体材料；(b)铁电体材料；(c)反铁电体材料
武汉理工大学硕士学位论文3其中：C为电容量(F)，d为样品两端电极之间厚度(m)，A为电极面积(m2)。图1-2板状电容器工作原理示意图Fig.1-2Schematicdrawingofprincipleofoperationofplatecapacitor介电材料的极化方式有三种，分别是位移式极化、极性分子的转向极化和空间电荷极化，其极化响应时间依次增大。位移式极化。位移式极化分为电子位移极化和离子位移极化，电子位移极化的响应时间约为10-14s~10-16s，极化时间极短，无能量损耗且不受温度与外加电场频率的影响，所有介电材料内部均存在这种极化；离子位移极化的响应时间约为10-12s~10-14s，这种极化与温度无关，受外加电场频率的影响。极性分子转向极化。在外加电场的作用下介电材料材料内部的极性分子沿着电场方向定向排列，从而产生极化。极性分子转向极化的响应时间约为10-6s~10-2s，受温度和外加电场频率的影响。空间电荷极化。介电材料内部往往会存在各种缺陷或者界面，在外加电场作用下，电荷会在这些区域聚集，从而产生极化。空间电荷极化的响应时间最长，从数秒到数百秒不等，同时也受温度和外加电场频率的影响。介电材料在极化的过程中总会有一部分电能以热能形式被损耗。单位时间内这种损耗所消耗的能量即为介电损耗(tanθ)。对陶瓷材料而言，除了材料组成、结构等本征因素以外，陶瓷的致密度以及其结构均匀性等非本征因素也会对其介电损耗产生影响。对于储能陶瓷而言，均匀致密的微观结构能有效降低陶瓷样品的介电损耗，减小电能损耗。1.2.2临界击穿电场强度临界击穿电场强度(DielectricBreakdownstrength)指的是陶瓷样品最大耐电
武汉理工大学硕士学位论文5其中P是陶瓷样品在外加电场下的极化强度。对陶瓷样品而言，0E远小于P，即D≈P。因此，陶瓷样品的储能密度也可以由公式(1-6)计算：J=0PmaxEdP=0Emaxε0εrEdE(1-6)其中：r为陶瓷材料的相对介电常数，0为真空介电常数(8.85×10-12F/m)。由以上公式可知，陶瓷样品的最大极化强度越高、临界击穿电场强度越大以及储能效率越高，样品的有效储能密度越大。图1-3陶瓷样品的P-E曲线Fig.1-3TheP-Eloopofceramicsample1.3钛酸锶储能陶瓷的结构与性能钛酸锶是典型的立方相钙钛矿结构(ABO3型结构)，图1-4是钛酸锶材料的晶体结构[15]，Sr2+位于晶胞顶角处，O2-处于晶胞面心位置，Ti4+位于晶胞体心位置，Ti4+和O2-构成[TiO6]八面体。钛酸锶陶瓷具有中等大小的介电常数(~340)、低的介电损耗(~0.004)。作为顺电体陶瓷，理论上而言，钛酸锶陶瓷的介电常数不随外加电场强度的改变而改变，但实际上，如图1-5所示，在低电场下，钛酸锶陶瓷的介电常数能保持不变，但随着外加电场强度的进一步增加，钛酸锶陶瓷的介电常数逐渐下降，这是由于受到直流电场的影响[TiO6]八面体中钛离子之间产生非谐性相互作用[16]。这种材料的介电常数随着外加电场强度的增大而减小的现象被称为介电非线性，所有介电陶瓷均存在这种现象。钛酸锶陶瓷的介电非线性较弱，即其具有良好的偏压稳定性。对于储能陶瓷而言，良好的偏压
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流偏置电场下BaTiO3基陶瓷介电常数非线性机理的研究[J]. 梁瑞虹,董显林,陈莹,曹菲,王永龄. 物理学报. 2005(10)
博士论文
[1]巨介电常数低介电损耗SrTiO3基陶瓷制备与介电响应机制研究[D]. 王志建.武汉理工大学 2015
本文编号：3058811
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介电常数与极化强度与外加电场的关系(a)顺电体材料；(b)铁电体材料；(c)反铁电体材料
武汉理工大学硕士学位论文3其中：C为电容量(F)，d为样品两端电极之间厚度(m)，A为电极面积(m2)。图1-2板状电容器工作原理示意图Fig.1-2Schematicdrawingofprincipleofoperationofplatecapacitor介电材料的极化方式有三种，分别是位移式极化、极性分子的转向极化和空间电荷极化，其极化响应时间依次增大。位移式极化。位移式极化分为电子位移极化和离子位移极化，电子位移极化的响应时间约为10-14s~10-16s，极化时间极短，无能量损耗且不受温度与外加电场频率的影响，所有介电材料内部均存在这种极化；离子位移极化的响应时间约为10-12s~10-14s，这种极化与温度无关，受外加电场频率的影响。极性分子转向极化。在外加电场的作用下介电材料材料内部的极性分子沿着电场方向定向排列，从而产生极化。极性分子转向极化的响应时间约为10-6s~10-2s，受温度和外加电场频率的影响。空间电荷极化。介电材料内部往往会存在各种缺陷或者界面，在外加电场作用下，电荷会在这些区域聚集，从而产生极化。空间电荷极化的响应时间最长，从数秒到数百秒不等，同时也受温度和外加电场频率的影响。介电材料在极化的过程中总会有一部分电能以热能形式被损耗。单位时间内这种损耗所消耗的能量即为介电损耗(tanθ)。对陶瓷材料而言，除了材料组成、结构等本征因素以外，陶瓷的致密度以及其结构均匀性等非本征因素也会对其介电损耗产生影响。对于储能陶瓷而言，均匀致密的微观结构能有效降低陶瓷样品的介电损耗，减小电能损耗。1.2.2临界击穿电场强度临界击穿电场强度(DielectricBreakdownstrength)指的是陶瓷样品最大耐电
武汉理工大学硕士学位论文5其中P是陶瓷样品在外加电场下的极化强度。对陶瓷样品而言，0E远小于P，即D≈P。因此，陶瓷样品的储能密度也可以由公式(1-6)计算：J=0PmaxEdP=0Emaxε0εrEdE(1-6)其中：r为陶瓷材料的相对介电常数，0为真空介电常数(8.85×10-12F/m)。由以上公式可知，陶瓷样品的最大极化强度越高、临界击穿电场强度越大以及储能效率越高，样品的有效储能密度越大。图1-3陶瓷样品的P-E曲线Fig.1-3TheP-Eloopofceramicsample1.3钛酸锶储能陶瓷的结构与性能钛酸锶是典型的立方相钙钛矿结构(ABO3型结构)，图1-4是钛酸锶材料的晶体结构[15]，Sr2+位于晶胞顶角处，O2-处于晶胞面心位置，Ti4+位于晶胞体心位置，Ti4+和O2-构成[TiO6]八面体。钛酸锶陶瓷具有中等大小的介电常数(~340)、低的介电损耗(~0.004)。作为顺电体陶瓷，理论上而言，钛酸锶陶瓷的介电常数不随外加电场强度的改变而改变，但实际上，如图1-5所示，在低电场下，钛酸锶陶瓷的介电常数能保持不变，但随着外加电场强度的进一步增加，钛酸锶陶瓷的介电常数逐渐下降，这是由于受到直流电场的影响[TiO6]八面体中钛离子之间产生非谐性相互作用[16]。这种材料的介电常数随着外加电场强度的增大而减小的现象被称为介电非线性，所有介电陶瓷均存在这种现象。钛酸锶陶瓷的介电非线性较弱，即其具有良好的偏压稳定性。对于储能陶瓷而言，良好的偏压
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流偏置电场下BaTiO3基陶瓷介电常数非线性机理的研究[J]. 梁瑞虹,董显林,陈莹,曹菲,王永龄. 物理学报. 2005(10)
博士论文
[1]巨介电常数低介电损耗SrTiO3基陶瓷制备与介电响应机制研究[D]. 王志建.武汉理工大学 2015
本文编号：3058811
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