充满型钨青铜钽酸盐陶瓷的储能特性
发布时间：2021-04-07 18:15
电介质储能在高功率脉冲电容等领域有着十分重要的应用。随着电子行业的迅速发展,对具有高储能密度和高储能效率的电介质电容器的需求自然日益增加。其中,线性电介质材料因其介电强度高、损耗小等优点,是一类重要的电介质储能材料。钨青铜是仅次于钙钬矿的一大类非常重要的电介质材料,有适中的介电常数和非常低的介电损耗,是一类非常有前景的线性储能材料。本论文系统地研究了具有线性电介质特征的充满型钨青铜钽酸盐陶瓷的储能特性,并对陶瓷的击穿机理进行了初步探讨。Ba5LaTi3Ta7O30陶瓷是典型的线性电介质材料。采用标准固相烧结法,在烧结温度为1550℃的时候陶瓷致密度最高（95%）。其介电损耗低（10-3）,介电常数为159。通过韦伯分布拟合得到的介电强度为639 kV/cm,计算得到最佳的储能密度为2.9J/cm3,储能效率约为82%。当烧结温度为1525℃的时候,获得了最大的储能效率（-94%）,对应的介电强度和储能密度分别为585 kV/cm和2.3 J/cn3。通过对陶瓷击穿通道的观察,初步探究了陶瓷的热击穿机制。为了获得具有细小晶粒和低气孔率的致密Ba...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２平行板电容器在电场下的电荷分布
距离（ｍ）。显然电容与两块电极板重合的面积乂、电介质的介电常数＆成正比而??与两极板之间的距离成反比。??图１．２可以表示电容器的充电过程：当在平行板两侧施加一个外电场Ｖ，电??介质内部就会产生极化，等量的异性电荷会在平行板上累积，当两块平行板上??积累电荷２所形成的的电势与外部电场Ｖ相等的时候，充电过程完成，ｇ／ｒ就??是电介质的电容值。有些时候，电介质的相对介电常数会随着外加电场的改??变而改变，由公式１．１可知。电容Ｃ也会被改变。这个时候，电容的实时值可以??对递增量求导得到：??Ｃ?＝包?（１．２）??ｄｖ??在电容器充电的过程中，外电场对电介质内部电荷做功，与此同时电能被存储??在了电介质中，被存储的能量灰可以由以下公式得到［２］：??Ｗ?＝?｜〇ｅ?Ｖ｛ｑ）ｄｑ?＝?＝?＝?＾?ＣＶ２?（１．３）??１．２．２电介质电容器储能密度测试方法??为了便于比较，研究中电介质的储能密度一般用电介质单位体积储存的能??量？／来表示
?（１．９）??可以看出，线性电介质的储能密度与相对介电常数＆和介电强度＆的平方成正??比，从图１．４可以看出，对于非线性电介质而言，公式１．９并不适用。??除了储能密度以外，储能效率的大小也是影响储能性能的关键性因素，??图］．５是典型铁电体材料的电滞回线：??＇?Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ?１??■?－??－ｉ?Ｗ?＇．??§??ｒ?ａ?Ｕ??§?；；??Ｉ?？?／?／?Ｉ?■??Ｊ?ｊ?■??＿?！：??－＇ｉ?＇?ｉ?＊?ｉ?＇?ｉ?＇??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＶ／ｍｍ）?ｆ?ｂｒｅａｋｄｏｗｎ??图１．５典型铁电体材料的电滞回线。【７］??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｆｏｉ?ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ．??其中蓝色部分是储能密度，绿色部分是放电过程中散失的能量，储能效率Ｖ可以简??单的表迖为：??？］＝Ｊｒｅｃｏ＇ｅｍｂｌｅ?ｘｌ〇〇％?（１．１０）??ｓｔｏｒｅ??１．３影响高储能电容器性能的因素??为了提高电介质电容器的储能密度，我们不得不去研究哪些因素会影响电??介质材料的储能密度。一般来说，薄膜电介质材料的储能密度远比块体电介质??材料的储能密度优异，这是因为薄膜电介质材料一般具有超高的介电强度和比??较适中的介电常数［８］。但是与块体材料相比
本文编号：3123951
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２平行板电容器在电场下的电荷分布
距离（ｍ）。显然电容与两块电极板重合的面积乂、电介质的介电常数＆成正比而??与两极板之间的距离成反比。??图１．２可以表示电容器的充电过程：当在平行板两侧施加一个外电场Ｖ，电??介质内部就会产生极化，等量的异性电荷会在平行板上累积，当两块平行板上??积累电荷２所形成的的电势与外部电场Ｖ相等的时候，充电过程完成，ｇ／ｒ就??是电介质的电容值。有些时候，电介质的相对介电常数会随着外加电场的改??变而改变，由公式１．１可知。电容Ｃ也会被改变。这个时候，电容的实时值可以??对递增量求导得到：??Ｃ?＝包?（１．２）??ｄｖ??在电容器充电的过程中，外电场对电介质内部电荷做功，与此同时电能被存储??在了电介质中，被存储的能量灰可以由以下公式得到［２］：??Ｗ?＝?｜〇ｅ?Ｖ｛ｑ）ｄｑ?＝?＝?＝?＾?ＣＶ２?（１．３）??１．２．２电介质电容器储能密度测试方法??为了便于比较，研究中电介质的储能密度一般用电介质单位体积储存的能??量？／来表示
?（１．９）??可以看出，线性电介质的储能密度与相对介电常数＆和介电强度＆的平方成正??比，从图１．４可以看出，对于非线性电介质而言，公式１．９并不适用。??除了储能密度以外，储能效率的大小也是影响储能性能的关键性因素，??图］．５是典型铁电体材料的电滞回线：??＇?Ｉ?１?Ｉ?Ｉ?１?Ｉ?１??■?－??－ｉ?Ｗ?＇．??§??ｒ?ａ?Ｕ??§?；；??Ｉ?？?／?／?Ｉ?■??Ｊ?ｊ?■??＿?！：??－＇ｉ?＇?ｉ?＊?ｉ?＇?ｉ?＇??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＶ／ｍｍ）?ｆ?ｂｒｅａｋｄｏｗｎ??图１．５典型铁电体材料的电滞回线。【７］??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?ｆｏｉ?ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ．??其中蓝色部分是储能密度，绿色部分是放电过程中散失的能量，储能效率Ｖ可以简??单的表迖为：??？］＝Ｊｒｅｃｏ＇ｅｍｂｌｅ?ｘｌ〇〇％?（１．１０）??ｓｔｏｒｅ??１．３影响高储能电容器性能的因素??为了提高电介质电容器的储能密度，我们不得不去研究哪些因素会影响电??介质材料的储能密度。一般来说，薄膜电介质材料的储能密度远比块体电介质??材料的储能密度优异，这是因为薄膜电介质材料一般具有超高的介电强度和比??较适中的介电常数［８］。但是与块体材料相比
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