[发明专利]一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电储能陶瓷材料，具体是一种无铅反铁电高储能密度陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着发展中国家经济增长加速，人类对能源需求日益增长，因此新能源的开发与存储成为今年来研究的一个热点。电介质电容器具有轻便、高效、环境友好、比功率高等特性，在电力电子系统中已经得到了广泛的应用。高储能密度、 高储能效率及快速存放电材料是高功率 密度大容量电容器的基础。多种电介质材料巳经被研究应用于高密度能量储存，按其铁电性能的不同一般分为铁电材料、反铁电材料和线性电介质材料。与铁电和线性介电材料相比， 反 铁电材料在电场作用下发生反铁电-铁电相变时总是伴随着巨大的能量存储与释放，有望在高功率大容量高压电容器中广泛应用。因此，反铁电材料是一种极具应用前景的未来高储能密度介电材料。

室温反铁电陶瓷常见报道的是PbZrO₃铅基材料，或者高温态无铅Bi_0.5Na_0.5TiO₃基陶瓷材料。目前，室温无铅反铁电高储能密度Bi_0.5Na_0.5TiO₃基陶瓷材料及其制备方法还鲜见报道。

本发明通过调控Bi_0.5Na_0.5TiO₃-BaTiO₃基陶瓷材料的化学组成，结合制备方法调控梯度微观结构，即多层芯壳结构，铁电相-非遍历弛豫铁电相-遍历弛豫铁电相-顺电相梯度共存，利用高场下铁电相带动非遍历弛豫铁电相+遍历弛豫铁电相+顺电相梯度项铁电转变，实现了无铅陶瓷材料室温反铁电态高储能密度、又高耐压高储能效率，这类反铁电陶瓷性能优良，制备技术简单。目前还未见室温反铁电高储能密度高压无铅Bi_0.5Na_0.5TiO₃-BaTiO₃基陶瓷介质材料及类似的制备方法的报道。

发明内容

本发明的目的是要提供室温高压反铁电高储能密度高压无铅陶瓷介质及其制备方法，这种室温反铁电陶瓷具有优异的储能密度及放电效率，储能密度可达1.8J/cm³，储能效率可达55%，环境友好、损耗低、实用性好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种室温高压反铁电高储能密度无铅陶瓷介质材料，其配方为：

(Bi_xNa_y)Ag_zTi_0.98-mO₃-mBaTiO₃-0.02SrZrO₃+n(0.5MnO₂-0.3La₂O₃-0.2Nb₂O₅)

其中x、y、z、m、n表示摩尔分数，x=0.48或0.49；y=(0.46-z)，(0.44-z)，(0.46-z)，(0.42-z)；x与y分别取值： x/y=0.48/(0.46-z),   0.48/(0.44-z),   0.49/(0.46-z),   0.49/(0.44-z),  0.49/(0.42-z)；0.005≤z≤0.01；0.04≤m≤0.09；0.001≤n≤0.02

本发明高压反铁电高储能密度无铅陶瓷介质的制备方法，包括如下步骤：

（1）    将电子级原料Bi₂O₃、Na₂CO₃、SrCO₃、Ag₂O、ZrO₂和TiO₂按照化学式：

(Bi_xNa_y)Ag_zTi_0.98-mO₃-0.02SrZrO₃进行配料，