铌酸银基无铅反铁电体陶瓷的制备和储能特性的研究

发布时间：2021-08-11 09:14

　　近年来,铌酸银无铅反铁电体陶瓷由于其具有优异的储能特性和环境友好的特点引起了人们的研究兴趣。但纯铌酸银陶瓷储能特性还远远达不到商用要求,所以提高铌酸银陶瓷的储能特性尤为重要。因此,本文通过对铌酸银基陶瓷材料进行A位掺杂和改变成型方法,对其储能特性进行了研究。具体研究内容及结果如下:首先,通过传统固相反应法制备了Ca²⁺掺杂铌酸银（CANx）块体陶瓷并研究其储能特性。实验通过掺杂不同量的Ca²⁺的CANx块体陶瓷（x=0.00、0.02、0.03、0.04）,并通过两步法烧结得到了致密的CANx陶瓷。结果表明,随着Ca²⁺掺杂量的增加,△E逐渐减小从而造成电滞回线“变细”,储能效率增加。其中组分CAN2在室温下,块体陶瓷样品具有储能密度为1.30 J/cm³和储能效率为86.7%的储能特性。其次,采用固相反应法制备了铌酸银（AN）陶瓷粉体,通过流延成型工艺制备了铌酸银厚膜陶瓷。结果表明,固相为45 wt%、分散剂为0.4 wt%、粘结剂为4.0 wt%、增塑剂:粘结剂为0.5时制备出的流延浆料流变性能... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同储能器件的Ragone图[2]

广东工业大学硕士学位论文21.2电容器储能原理典型的电介质电容器由中间夹着电介质材料的两个极板组成的器件，如图1-2所示。电容器的储能能力由电容C值表示，可通过以下式子计算得知[17,18]：=0其中C是电容，0是真空介电常数，r是相对介电常数(介电常数)，A是电极重叠面积，d是两个电极板之间的距离。在充电过程中，两极板之间被施加电场，介电材料内部偶极子将沿着施加电场方向排列，从而在两极板上开始累积电荷。当累积电荷产生的电势差等于外部静电场电压时，静电场能量将储存在电容器中。图1-2电介质电容器充电过程中电介质极化图[2]。Fig.2Thediagramofdielectricpolarizationduringthechargingprocess.电介质材料的储能密度W定义为每单位体积的电介质所储存的能量：==∫0=∫0=∫0其中E=V/d，为外加电场；为电极板表面电荷密度；D为电位移(根据麦克斯韦公式，D=)[17-20]。当电介质材料为反铁电材料时，储能密度W表示为[17]：=∫0其中Pmax为饱和极化强度，P为极化强度。一般情况下，反铁电材料剩余极化强度Pr不为零，因此，反铁电材料储能密度Wrec公式及储能效率η为：=∫

第一章绪论3=+如图1-3所示，为各种电介质材料电滞回线图。图中深色部分为储能密度Wrec，浅色部分为损耗的储能密度Wloss。图1-3典型双电滞回线的反铁电材料图[2]。Fig.1-3TypicaldoubleP-Ehysteresisloopofantiferroelectricmaterials.1.3储能电介质材料电介质电容器储能性能关键取决于电介质材料。根据以上储能原理可将电介质材料大致分为线性电介质材料（如玻璃、Al2O3）、铁电材料（如钛酸钡、钛酸铅）、驰豫型铁电体（如铌镁酸铅）和反铁电体（如锆酸铅、铌酸银）[21]。四种电介质材料如图1-4所示。由图可得，与线性电介质材料、铁电材料和弛豫型铁电体材料相比，反铁电体具有高电场击穿强度、大的饱和极化强度和小的剩余极化、较细的双电滞回线，因此反铁电体具有高的储能密度和储能效率。尽管线性电介质材料与反铁电体相比有更高的击穿电场强度、更低的能量损耗，但它们饱和极化强度很小，这也阻止它被应用于高储能器件[18]。因此，目前研究主要集中于非线性无铅电介质材料所组成的储能器件，如块体陶瓷、薄膜及厚膜陶瓷和聚合物基纳米复合材料。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3335900