三相点钛酸钡基无铅陶瓷的制备及其储能性能研究
发布时间：2021-06-05 14:24
近年来,电介质电容器由于具有充放电时间短、成本低等特点,在电力电子行业得到了广泛应用。而电介质陶瓷材料与聚合物电介质电容器材料相比,它的温度较高,应用范围广阔,因此引起了大量研究者的关注。但是,每种材料都有它的不足之处,电介质陶瓷材料的击穿强度相对较低,这也限制了它的储能特性不能满足现在需求。为了改善这一缺点,目前有报道出三相点电介质陶瓷材料在储能邻域的应用,它在低电场条件下极化强度较高,且储能效率也可以达到90%以上,随着电场强度增加,三相点电介质陶瓷样品很快被击穿。与此同时,本论文通过传统固相烧结法添加低相对介电常数BZN、BMZ材料来提高它的击穿强度,从而改善三相点电介质陶瓷材料的储能性能,并对三相点陶瓷材料进行测试与表征分析。本论文的主要研究内容与成果如下:1.成功地制备了（1-x）BTS-xBZN两相复合储能陶瓷材料。经过在频率为10Hz条件下的铁电测试计算出了 BTS-10wt%BZN陶瓷的有效储能密度为1.15 J/cm3,储能效率达到99%以上。2.制备了 BTS-10wt%BMZ固溶体储能陶瓷材料。采用BMZ材料提高三相点BTS陶瓷材料的储能密度,在牺牲储能效率的基础...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型蓄电池的功率密度与能量密度[7]
西安理工大学硕士学位论文2物电介质材料因为具有很高的击穿强度，所以能量密度较高，可以实现设备小型化。但是，聚合物电介质材料工作温度范围（＜100℃）相对狭窄[9]。相比之下，陶瓷电介质材料则表现出良好的机械和热稳定性，因此成为潜在的先进电力电子产品之一。目前研究的陶瓷电介质材料主要可以分为三类：线性介质陶瓷、铁电介质陶瓷和反铁电介质陶瓷，如图1-2所示。具体的性能和特点在国内外研究进展中会做详细概述。图1-2陶瓷电介质材料的极化强度随电场不同的变化曲线：（a）线性介质（b）铁电性介质（c）反铁电性介质[10]Fig.1-2Thepolarizationcurveofceramicdielectricmaterialswithdifferentelectricfields:(a)lineardielectric(b)ferroelectricdielectric(c)antiferroelectricdielectric其中在铁电体陶瓷材料中，三相点（立方相、四方相、正交相与菱方相的共存点）铁电体已经引起了很大关注，他们具有超高的相对介电常数（2~5.4×104）[11-13]，并且在储能邻域可以实现高的储能效率，然而这样的三相点铁电体面临击穿强度过低的缺点，导致有效储能密度无法提高。目前报道的三临界铁电体的最大能量存储密度仅为30mJ/cm3，远远低于实际应用的理想水平，需要指出的是造成这一缺陷的主要原因是三相点铁电体的击穿强度较低，阻碍了它在高电场强度下的应用，使这种超高相对介电常数材料体系无法用于储能设备。例如：三相点BaTi1-xSnxO3（x=0.105）电介质陶瓷材料在三临界点附近具有较高介电常数，如图1-3所示。图1-3BaTi1-xSnxO3（x=0.08，0.105，0.14）陶瓷在降温过程中介电常数与温度的关系图[14]Fig.1-3RelationshipbetweendielectricconstantandtemperatureofBaTi1-xSnxO3(x=
喽越榈绯Ｊ??~5.4×104）[11-13]，并且在储能邻域可以实现高的储能效率，然而这样的三相点铁电体面临击穿强度过低的缺点，导致有效储能密度无法提高。目前报道的三临界铁电体的最大能量存储密度仅为30mJ/cm3，远远低于实际应用的理想水平，需要指出的是造成这一缺陷的主要原因是三相点铁电体的击穿强度较低，阻碍了它在高电场强度下的应用，使这种超高相对介电常数材料体系无法用于储能设备。例如：三相点BaTi1-xSnxO3（x=0.105）电介质陶瓷材料在三临界点附近具有较高介电常数，如图1-3所示。图1-3BaTi1-xSnxO3（x=0.08，0.105，0.14）陶瓷在降温过程中介电常数与温度的关系图[14]Fig.1-3RelationshipbetweendielectricconstantandtemperatureofBaTi1-xSnxO3(x=0.08,0.105,0.14)ceramicsduringcooling
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅非线性介电储能陶瓷:现状与挑战[J]. 杜红亮,杨泽田,高峰,靳立,程花蕾,屈绍波. 无机材料学报. 2018(10)
博士论文
[1]脉冲电容器用反铁电陶瓷设计及其充放电行为研究[D]. 徐晨洪.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[2]钛酸钙基线性电介质陶瓷的储能特性[D]. 周海洋.浙江大学 2018
[3]放电等离子烧结制备钛酸锶钡基陶瓷的储能性能及其数值模拟[D]. 黄玉辉.浙江大学 2017
[4]SrTiO3基储能介质陶瓷的结构调控及介电性能研究[D]. 李忆秋.武汉理工大学 2011
[5]稀土Nd掺杂SrTiO3基高储能介质陶瓷缺陷结构及介电性能研究[D]. 沈宗洋.武汉理工大学 2007
[6]提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究[D]. 戴玲.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的制备及其储能性能研究[D]. 万晶.陕西科技大学 2018
[2](1-x)BaTiO3-xBiYO3介电陶瓷储能特性的研究[D]. 姚宗影.电子科技大学 2016
[3]放电等离子烧结法制备高储能密度的钛酸锶钡基陶瓷[D]. 邱维君.浙江大学 2016
[4]PMN-PT弛豫型铁电材料的制备及其储能行为的研究[D]. 张腾飞.内蒙古科技大学 2014
[5]xBi(Mg2/3Nb1/3)O3-（1-x）BaTiO3储能陶瓷的制备与改性研究[D]. 肖嫚.武汉理工大学 2012
[6]Ba0.95Ca0.05Zr0.2Ti0.8O3基陶瓷的化学法制备与介电性能研究[D]. 石鑫.武汉理工大学 2011
本文编号：3212331
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型蓄电池的功率密度与能量密度[7]
西安理工大学硕士学位论文2物电介质材料因为具有很高的击穿强度，所以能量密度较高，可以实现设备小型化。但是，聚合物电介质材料工作温度范围（＜100℃）相对狭窄[9]。相比之下，陶瓷电介质材料则表现出良好的机械和热稳定性，因此成为潜在的先进电力电子产品之一。目前研究的陶瓷电介质材料主要可以分为三类：线性介质陶瓷、铁电介质陶瓷和反铁电介质陶瓷，如图1-2所示。具体的性能和特点在国内外研究进展中会做详细概述。图1-2陶瓷电介质材料的极化强度随电场不同的变化曲线：（a）线性介质（b）铁电性介质（c）反铁电性介质[10]Fig.1-2Thepolarizationcurveofceramicdielectricmaterialswithdifferentelectricfields:(a)lineardielectric(b)ferroelectricdielectric(c)antiferroelectricdielectric其中在铁电体陶瓷材料中，三相点（立方相、四方相、正交相与菱方相的共存点）铁电体已经引起了很大关注，他们具有超高的相对介电常数（2~5.4×104）[11-13]，并且在储能邻域可以实现高的储能效率，然而这样的三相点铁电体面临击穿强度过低的缺点，导致有效储能密度无法提高。目前报道的三临界铁电体的最大能量存储密度仅为30mJ/cm3，远远低于实际应用的理想水平，需要指出的是造成这一缺陷的主要原因是三相点铁电体的击穿强度较低，阻碍了它在高电场强度下的应用，使这种超高相对介电常数材料体系无法用于储能设备。例如：三相点BaTi1-xSnxO3（x=0.105）电介质陶瓷材料在三临界点附近具有较高介电常数，如图1-3所示。图1-3BaTi1-xSnxO3（x=0.08，0.105，0.14）陶瓷在降温过程中介电常数与温度的关系图[14]Fig.1-3RelationshipbetweendielectricconstantandtemperatureofBaTi1-xSnxO3(x=
喽越榈绯Ｊ??~5.4×104）[11-13]，并且在储能邻域可以实现高的储能效率，然而这样的三相点铁电体面临击穿强度过低的缺点，导致有效储能密度无法提高。目前报道的三临界铁电体的最大能量存储密度仅为30mJ/cm3，远远低于实际应用的理想水平，需要指出的是造成这一缺陷的主要原因是三相点铁电体的击穿强度较低，阻碍了它在高电场强度下的应用，使这种超高相对介电常数材料体系无法用于储能设备。例如：三相点BaTi1-xSnxO3（x=0.105）电介质陶瓷材料在三临界点附近具有较高介电常数，如图1-3所示。图1-3BaTi1-xSnxO3（x=0.08，0.105，0.14）陶瓷在降温过程中介电常数与温度的关系图[14]Fig.1-3RelationshipbetweendielectricconstantandtemperatureofBaTi1-xSnxO3(x=0.08,0.105,0.14)ceramicsduringcooling
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅非线性介电储能陶瓷:现状与挑战[J]. 杜红亮,杨泽田,高峰,靳立,程花蕾,屈绍波. 无机材料学报. 2018(10)
博士论文
[1]脉冲电容器用反铁电陶瓷设计及其充放电行为研究[D]. 徐晨洪.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
[2]钛酸钙基线性电介质陶瓷的储能特性[D]. 周海洋.浙江大学 2018
[3]放电等离子烧结制备钛酸锶钡基陶瓷的储能性能及其数值模拟[D]. 黄玉辉.浙江大学 2017
[4]SrTiO3基储能介质陶瓷的结构调控及介电性能研究[D]. 李忆秋.武汉理工大学 2011
[5]稀土Nd掺杂SrTiO3基高储能介质陶瓷缺陷结构及介电性能研究[D]. 沈宗洋.武汉理工大学 2007
[6]提高脉冲电容器储能密度的新方法的研究[D]. 戴玲.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的制备及其储能性能研究[D]. 万晶.陕西科技大学 2018
[2](1-x)BaTiO3-xBiYO3介电陶瓷储能特性的研究[D]. 姚宗影.电子科技大学 2016
[3]放电等离子烧结法制备高储能密度的钛酸锶钡基陶瓷[D]. 邱维君.浙江大学 2016
[4]PMN-PT弛豫型铁电材料的制备及其储能行为的研究[D]. 张腾飞.内蒙古科技大学 2014
[5]xBi(Mg2/3Nb1/3)O3-（1-x）BaTiO3储能陶瓷的制备与改性研究[D]. 肖嫚.武汉理工大学 2012
[6]Ba0.95Ca0.05Zr0.2Ti0.8O3基陶瓷的化学法制备与介电性能研究[D]. 石鑫.武汉理工大学 2011
本文编号：3212331
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