[发明专利]用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜，其特征在于，所述电介质薄膜化学成分通式为(1-x)BiFeO₃-xSrTiO₃，其中，x为摩尔分数，且0<x<1。

2.根据权利要求1所述的电介质薄膜，其特征在于，所述用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜的厚度为150nm-2μm。

3.根据权利要求1或2所述的电介质薄膜，其特征在于，所述用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜在Fe位进行过渡元素掺杂；

任选的，所述过渡元素的掺杂量为0.1wt％-2.0wt％。

4.一种制备权利要求1-3中任一项所述电介质薄膜的方法，其特征在于，包括：

(1)将Bi₂O₃、Fe₂O₃、SrCO₃、TiO₂和过渡元素氧化物MeO进行混合配料，以便得到铁酸铋基原料；

(2)将所述铁酸铋基原料和有机溶剂依次进行球磨、干燥和筛分处理，以便得到铁酸铋基粉末；

(3)将所述铁酸铋基粉末进行预烧处理，以便得到铁酸铋基陶瓷粉体；

(4)将所述铁酸铋基陶瓷粉体和粘合剂进行造粒和压片处理，以便得到铁酸铋基陶瓷圆片；

(5)将所述铁酸铋基陶瓷圆片进行埋烧处理，以便得到铁酸铋基陶瓷靶材；

(6)将所述铁酸铋基陶瓷靶材进行脉冲激光沉积处理和退火处理，以便得到用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述过渡元素氧化物中的Me为选自Mn，Sc，Cr，Ni，Nb中的至少之一；

任选的，所述铁酸铋基原料的组成为(1-x)Bi_1.1Fe_(1-y)Me_yO₃xSrTiO₃，其中，0<x<1,0.001<y<0.02。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述有机溶剂为选自无水乙醇、丙醇、异丙醇和乙二醇中的至少一种；

任选的，所述球磨处理的时间为11-13小时；

任选的，所述铁酸铋基粉末的粒径为100-500nm。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述预烧处理的温度为750-800摄氏度，时间为3.5-4.5小时。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述粘合剂为选自聚乙烯醇、聚乙二醇、正硅酸乙酯和羟丙基甲基纤维素中的至少一种；

任选的，所述压片处理的压力为10-14MPa；

任选的，所述铁酸铋基陶瓷圆片的直径为0.8-1.2英寸，厚度为3-6mm；

任选的，在步骤(5)中，所述埋烧处理的温度为1050-1150摄氏度，时间为30-45分钟。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述脉冲激光沉积处理的参数为：反应腔体本底真空度不高于5×10^-6mbar，沉积时基底温度为700-800摄氏度，腔体氧分压为1-5Pa，通氧气流量为1-10sccm，激光能量为1-2.5J/cm²；

任选的，所述退火处理的温度为450-550摄氏度，氧分压为200-800mbar，退火处理的时间为15-35min。

10.一种储能器件，其特征在于，所述储能器件包括权利要求1-3中任一项所述的用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜或采用权利要求4-9中任一项所述的方法得到的用于高密度储能的铁酸铋基电介质薄膜。