[发明专利]一种高储能密度和高储能效率的无铅BiFeO3

说明书

本发明涉及一种高储能密度和高储能效率的无铅BiFeO₃基铁电陶瓷材料及其制备方法，所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料室温下为铁电相，其化学组成为（1‑z‑x）BiFeO₃‑zBaTiO₃‑xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃+yMnCO₃，其中0≤x≤0.10，0.32≤z≤0.36，0≤y≤0.15wt%，y为MnCO₃与（1‑z‑x）BiFeO₃‑zBaTiO₃‑xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃的质量百分比。

技术领域

本发明涉及一种无铅储能陶瓷材料，尤其涉及一种无铅BiFeO₃基铁电陶瓷材料，属于功能陶瓷领域。

背景技术

随着电子信息技术的快速发展，人们对设备的使用要求越来越高。为了达到更高的使用性能，微型化、小型化以及集成化是电子元器件的发展趋势。电容器作为一种重要的储能器件，是电子设备中大量使用的电子元器件之一。陶瓷电容器具有使用温度范围宽、寿命长、性能可靠等优点而被广泛使用。其中铁电陶瓷材料具有介电常数大，非线性效应强等优点，单位体积铁电陶瓷材料的储能密度及效率可由下式计算：

其中，E为电介质工作时的电场强度(kV/mm)，P为工作电场时的电位移(μC/cm²)，一般可以用极化强度P(μC/cm²)来代替，Pr和Pmax分别是电场撤去后的剩余极化强度和在工作电场时的最大极化强度。W_re和η是介电陶瓷电容器在应用中的两个主要的性能参数，前者决定了单位体积电容器的可用存储能量，对陶瓷储能器件的小型化有重要意义，后者决定了陶瓷电容器在充放电过程中可利用的能量比例，对改善脉冲电容器的发热、形变和循环充放电寿命有重要的意义。一般高的Pmax，低的Pr及大的击穿场强(E)有利于高的储能密度。因此一般来讲，反铁电陶瓷由于其本身的属性在陶瓷储能电容器方面有很大的应用前景。目前反铁电陶瓷的研究主要集中在含铅材料。然而，这对于环境保护和人类健康是十分不利的。因此，开发环境友好型的陶瓷储能介质材料是一项紧迫而有意义的课题。

发明内容

针对上述现有的问题，本发明的目的在于提供一种具有高储能密度和高储能效率的无铅铁电陶瓷材料，其优异的储能特性，有望在陶瓷电容器领域获得广泛的应用。

为此，本发明首次提供了一种无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料(三元多铁陶瓷材料)，所述无铅BiFeO₃基储能陶瓷材料室温下为铁电相，其化学组成为(1-z-x)BiFeO₃-zBaTiO₃-xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃+yMnCO₃，其中0≤x≤0.10，0.32≤z≤0.36，0≤y≤0.15wt％，y为MnCO₃与(1-z-x)BiFeO₃-zBaTiO₃-xBa(Zn_1/3Ta_2/3)O₃的质量百分比。