[发明专利]一种高储能密度反铁电厚膜及其制备方法

说明书

本发明属于功能陶瓷技术领域，公开了一种高储能密度反铁电厚膜及其制备方法，所述反铁电材料的组成为(Pb_0.98La_0.02)(Sn_1‑xZr_x)_0.998O₃，其中0.4≤x≤0.5，本发明的反铁电厚膜具有特殊的电滞回线结构，不仅具有大的耐击穿电场和相转变电场，同时具有较大的极化强度51.8μC/cm²，使其具有较高的储能密度4.2～6.9J/cm³，这对于开发和制备高储能密度反铁电材料具有非常重要的意义。

技术领域

本发明属于功能陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种高储能密度反铁电厚膜及其制备方法。

背景技术

随着脉冲功率技术的快速发展和对大功率脉冲电源的迫切需求，研制储能密度高、放电电流大、放电速度快、输出功率高的脉冲电容器已成为当前脉冲功率技术领域研究的重点。反铁电体中反向排列的相邻偶极子在电场作用下可发生反转，诱导为铁电体，并导致极化强度和介电常数发生突变，去除所施加的电场，则被诱导的铁电态又重新回到反铁电态，偶极子再度反向排列，剩余极化强度为零，所存储的电荷被全部快速释放出来，这一特性使得反铁电材料在高功率密度电容器应用领域具有独特的优势。2010年以来，很多研究机构都将脉冲功率用电容器作为重点研究领域。

反铁电材料的储能公式可以用下式(1)进行表示：

其中，P_max和P_r为最大极化强度和剩余极化强度，dP是电场作用下的极化变量，V_act是电介质的有效体积，U为所储存的总能量，与应用电场的平方成正比，因此提高击穿电场是提高储能密度的重要途径，同时饱和极化强度对储能密度也有重要影响。较高的储能密度有利于器件的小型化和微型化，从而在有限体积的情况下，实现高功率输出。

钙钛矿型Pb基反铁电储能材料被研究的最为广泛，主要包括PbZrO₃，Pb(Zr,Ti)O₃，Pb(Zr,Sn,Ti)O₃体系及其相关掺杂改性材料。材料的组分对储能性能有很大影响，通过对离子掺杂、组分改变来改善电滞回线的形状，可以提高储能密度。轧膜工艺是制备电介质材料的的一种重要工艺，在制备压电材料和金属膜中有着重要的应用。与丝网印刷工艺和流延工艺利用自身重力不同，轧膜是利用两个滚轮之间的挤压和剪切力对样品进行反复挤压，最终成型，样品致密度更高，击穿性能更高。

对于电滞回线形状的研究相对较少，本发明所涉及的研究对象，并不含有钛元素，是锆酸铅和锡酸铅的固溶体，使得其具有更独特的介电极化特性，更大的极化强度和储能密度。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种高储能密度的反铁电厚膜。

本发明的一目的在于提供上述含石墨烯水性烘烤型导电涂料高储能密度的反铁电厚膜的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种高储能密度反铁电厚膜，是将氧化镧，氧化铅，氧化锆，氧化锡和氧化钛按照化学计量比配料后进行球磨，预烧后加入粘合剂，经粗轧形成素坯片，排胶后经烧结镀电极制得，其分子式为(Pb_0.98La_0.02)(Sn_1-xZr_x)_0.998O₃，其中0.4≤x≤0.5。

优选地，所述的高储能密度反铁电厚膜的分子式为(Pb_0.98La_0.02)(Sn_1-xZr_x)_0.998O₃，其中0.43≤x≤0.45。