[发明专利]一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷及其制备方法，按照化学计量式称取原料混合均匀形成全配料；将全配料依次进行球磨、烘干、研磨、过筛，形成过筛料；将过筛料压制成试样，并对试样进行烧结；在烧结好的试样正反两面均匀涂覆银电极浆料，烧结得微量二氧化锆添加ST‑NBT储能陶瓷。本发明方法制得的储能陶瓷具有高的储能密度，绿色环保，有可能成为替代铅基储能电容器材料的重要候选材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷电容器材料领域，具体涉及一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前电能储存在移动领域扮演着重要的角色，电子设备，混合动力电动车辆和脉冲功率技术等[1,2]。([1]G.Z.Zhang,D.Y.Zhu,X.S.Zhang,L.Zhang,J.Q.Yi,B.Xie,Y.K.Zeng,Q.Li,Q.Wang,S.L.Jiang,High-energy storage performance of(Pb_0.87Ba_0.1La_0.02)(Zr_0.68Sn_0.24Ti_0.08)O₃antiferroelectric ceramics fabricated by thehot-press sintering method,J.Am.Ceram.Soc.98(2015)1175–1181.[2]G.R.Love,Energy-storage in ceramic dielectrics,J.Am.Ceram.Soc.73(1990)323–328.)对于实际应用而言，基于储能的设备可以在温度波动的各种条件下运行。因此，非常希望能量储存材料可以在很宽的温度范围内有效地工作以保证设备的可靠性。此外，还有一些极端的情况需要应用高温以及低温的储能材料。另外，高能量密度和高性能器件的高充放电效率也是非常需要的。

作为量子顺电体，SrTiO₃(ST)陶瓷具有较高的介电常数(～290)，低介电损耗(＜0.01)，高击穿强度(～200kV/cm)和良好的偏置稳定性，广泛地应用于高能量储存电介质。众所周知，储能密度随着介电常数线性增长，并与击穿强度(BDS)呈二次方关系。很多方法通过增强介电常数和/或BDS来提高能量存储密度。虽然其他离子半径大或小的阳离子可以掺杂增加ST基陶瓷的介电常数等如Ba²⁺，Mn²⁺，Bi³⁺和三价稀土(RE³⁺)，BDS因结构变化而急剧下降增加缺陷。众所周知，高的BDS使得更多对能量密度的显着贡献。通常BDS主要受多种因素影响，如孔隙度，晶粒尺寸，第二相，温度，电荷注入和界面极化。但是，储能密度都没有被明显地提高。为了进一步提高储能密度，其中，添加剂的使用是最简单和最有效的方法。在不明显地降低介电常数的前提下，有效地增大BDS，从而有效地提高储能密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明方法操作简单，重复性高，适合工业化规模生产；经本发明方法制得的ZrO₂添加0.6SrTiO₃-0.4Na_0.5Bi_0.5TiO₃储能陶瓷具有高的储能密度，绿色环保，有可能成为替代铅基储能电容器材料的重要候选材料。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷，所述的微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的化学式为：(1-x)(0.6SrTiO₃-0.4Na_0.5Bi_0.5TiO₃)-xZrO₂，x＝0.1～0.6mol％。

一种微量二氧化锆添加ST-NBT储能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：