[发明专利]一种超低介电损耗的KNN基储能微晶玻璃材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种超低介电损耗的KNN基储能微晶玻璃材料及制备方法，该微晶玻璃材料是由玻璃相和晶相经混合、熔融、冷却成型、退火及晶化热处理制得的；其中，按摩尔百分数计，玻璃相占20～50％，余量为晶相；晶相是由摩尔比为(3‑x)：(3‑x)：6：2x的K₂CO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅和BaCO₃组成的，0＜x≤2.5。本发明制得的KNN基储能微晶玻璃材料介电损耗极低；本发明引入BaO，不仅对铌酸钾钠系统调节晶相组成，并且对于析晶过程有一定的促进作用，碱土金属离子，加速析晶，又能引起钉扎效应，削弱界面极化对击穿恶化的不利影响，最终得到高介电常数微晶玻璃材料。

【技术领域】

本发明涉及微晶玻璃材料领域，具体涉及一种超低介电损耗的KNN基储能微晶玻璃材料及制备方法。

【背景技术】

脉冲电源是脉冲功率系统的核心技术，电容器是脉冲功率系统优先选择的重要储能元件，而高比能量电容器是制约大功率脉冲技术成败的关键因素之一。因此，高比能量电容器介质材料已成为美国等发达国家研究的热点[1]。(Smith,N.J.,B.Rangarajan,M.T.Lanagan,C.G.Pantano.Alkali-free glass as a high energy density dielectricmaterial[J].Materials Lerrers,2009,(63):1245-1248.)

目前用作大功率脉冲电源系统的箔式结构电容器或金属化膜电容器虽已量产,但单位体积储能密度都不算高(一般低于1.0J/cm³)，而且存在发生故障易爆炸和放电电流小、放电寿命短等缺点[2](朱志芳,林福昌,戴玲.高储能密度陶瓷电容器的性能[J].强激光与粒子束,2004,16(10):1341-1344.)。陶瓷电容器虽然有高的介电常数，但由于陶瓷介质材料存在难以消除的气孔缺陷，致使材料的耐击穿强度较低[3](Beall,G.H.,L.R.Pinckney.Nanophase glass-ceramics[J].Journal of the American CeramicSociety,1999，82(1):5-16.)，因此该类材料实际储能密度上升的空间较小，这将越来越难以满足大功率脉冲设备对高比能量电容器的要求。目前人们正积极研制高储能密度新型电容器介质材料，作为高比能量脉冲电容器(脉冲电容器的比能是指电容器单位体积储存的能量,其大小正比于ε·Ε²。其中ε是介质的介电常数，Ε是介质的工作电场强度)介质材料的开发方向，铁电玻璃陶瓷(又称微晶玻璃)材料以无气孔方式集玻璃态物质的高击穿强度与介电陶瓷体系的高介电常数二者优势为基础，成为高储能材料研究的热点[4-5](Chu,B.J.,X.Zhou,K.L.Ren,B.Neese,M.Lin,Q.Wang,F.Bauer,Q.M.Zhang.A dielectricpolymer with high electric energy density and fast discharge speed[J].Science,2006,313(5785):334-336.Graca,M.P.F.,M.G.Ferreira da Silva,A.S.B.Sombra,M.A.Valente.Electric and dielectric properties of aSiO₂Na₂ONb₂O₅glass subject to a controlled heat-treatment process[J].PhysicaB,2007,396(1-2):62-69.)。