[发明专利]一种利用钽改性铌酸钠-锆酸钙基反铁电陶瓷储能的方法

说明书

本发明公开了一种利用钽改性铌酸钠‑锆酸钙基反铁电陶瓷储能的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，1)、称量一定量的ZrO₂、Ta₂O₅、CaCO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅进行混合后得到铌酸钠基体，然后往铌酸钠基体中添加摩尔百分数为0～70％的钽；2)、将混合后的粉料放入球磨罐中进行两次湿法球磨、干燥、过筛，并将压成坯体进行预烧；3)、完成后倒入球磨罐中进行第三次湿法球磨，干燥，过筛，完成后将粉体用模具压成圆片；4)、将圆片进行冷等静压，随后进行烧结；5)、烧结样品进行测试分析。本发明采用固相合成法，在一定乙醇溶液中进行湿法球磨，获得颗粒微细、粒径均匀原粉；采用热处理烧结工艺，制备出高性能反铁电储能陶瓷。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种利用钽改性铌酸钠-锆酸钙基反铁电陶瓷储能的方法。

背景技术

现今，反铁电材料已经广泛应用于大位移驱动器、高功率脉冲电容器、能量存储器件等元器件，并在航空航天、精密仪器以及高端装备制造业等领域拥有广阔的应用前景。然而，由于传统的反铁电材料普遍含铅，这就势必会带来一定的环境安全隐患。因此，对于可替代传统铅基陶瓷材料的电子陶瓷材料的无铅化研究，便成为了近年来材料领域的热点之一。虽然经过了十多年的不断创新和发展，有效的提高了无铅反铁电陶瓷材料的研究水平，但在无铅陶瓷中仍存在反铁电相稳定性差、难以重复利用等关键性科学难题(Openingupnew paths for lead-free ceramic materials.SCIENCENEWS,2018；10:47-49)。

由于电子工业的快速发展，高储能密度的介质材料对许多电力电子器件的体积减少(体积效率)作用是显著的。电介质材料与化学储能装置，如电池和超级电容器相比，由于其快速充放电速率、抗老化和极端环境下的高性能稳定性，已被积极地研究用于储能应用。在现有的介电材料中，具有双极化滞后环的反铁电(AFE)材料与铁电材料(FE)和线性介电材料相比表现出较高的静电能量密度。特别令人感兴趣的是，AFE材料在低电场下显示出低的介电损耗，并且在AFE到FE相变之前显示出最小的滞后，因为不存在外在畴壁运动贡献。然而，铅的使用引起了对环境的关注；为了克服这一缺点，研究集中于寻找替代性的无铅AFE储能材料，其中AgNbO₃被认为是一种有前途的AFE材料.(Silver Niobate Lead-FreeAntiferroelectric Ceramics:Enhancing Energy Storage Density by B-SiteDoping.Applied Materials&Interfaces,2018,10,819-826)

由于金属Ag属于贵金属，原料成本高，便促使我们思考，我们是否可以采用一种反铁电材料基体来代替铌酸银体系来进行储能？

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种利用钽改性铌酸钠-锆酸钙基反铁电陶瓷储能的方法，采用固相合成法，在一定乙醇溶液中进行湿法球磨，获得颗粒微细、粒径均匀原粉；采用热处理烧结工艺，制备出高性能反铁电储能陶瓷。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种利用钽改性铌酸钠-锆酸钙基反铁电陶瓷储能的方法，所述方法包括以下步骤，

1)、称量一定量的ZrO₂、Ta₂O₅、CaCO₃、Na₂CO₃、Nb₂O₅进行混合后得到铌酸钠基体，然后往铌酸钠基体中添加摩尔百分数为0～70％的钽；

2)、将混合后的粉料放入球磨罐中进行两次湿法球磨、干燥、过筛，并将压成坯体进行预烧；