[发明专利]一种具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料及其制备方法，化学式为：(1‑x)(Na_0.5Bi_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃‑xBi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃，其中，0.05≤x≤0.20。包括以下步骤：(1)将SrCO₃、Na₂CO₃、TiO₂、Bi₂O₃、MgO和Nb₂O₅混合均匀，得到原料粉体，压块、预烧、粉碎过筛，得到预烧粉体；(2)将预烧粉体经球磨获得原料粉体；(3)将原料粉体压片成型，再烧结成瓷，得到具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料。这种陶瓷材料具有高储能性能和优异的充放电性能，是一种很有前途的高性能电介质候选材料，并且具有环境友好、实用性高等特性。

技术领域

本发明属于电介质储能陶瓷材料技术领域，具体是一种具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

目前，陶瓷电容器已广泛应用于电视、移动通信、测量仪器等电子设备中。然而，随着电子工业的快速发展和不可再生资源的浪费，现有的储能介质电容器由于介质材料的性能较差，已经不能满足社会发展日益增长的需求，这激发了人们对高性能陶瓷介质材料的探索兴趣。与铁电材料和线性介电材料相比，反铁电材料具有更高的能量密度，因为它们具有双电滞回线。但由于反铁电相向铁电相转变时导致能量损失较大(储能效率较低)，这就限制了反铁电陶瓷电介质的应用，从而促进了对高储能性能无铅陶瓷的进一步探索。

Na_0.5Bi_0.5TiO₃(NBT)基陶瓷由于其环境友好型、较大的饱和极化强度、较强的铁电性和介电性能，被认为是高性能电介质电容器的重要候选材料。与具有超低能量损耗和高击穿强度的线性介质SrTiO₃(ST)形成固溶体是提高NBT铁电体储能密度和效率的常规方法，因为固溶体可以进一步破坏长程铁电序，提高弛豫度。因为Sr²⁺的引入能打破铁电体的长程秩序，在基体中产生极性纳米微区，同时具有维持大的饱和极化强度和抑制剩余极化强度的能力。因此，(Na_0.5Bi_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃引起了研究者的极大兴趣。

然而，(Na_0.5Bi_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃陶瓷仍然存在由于其介电击穿场较低和剩余极化强度较大而引起储能密度较低、介电损耗较大的问题，这严重阻碍它的实际应用。此外，电介质材料的脉冲充放电特性(如电流密度、功率密度和放电速率)对于实际应用更有意义，但往往被研究者们忽略。具有双重特性(高储能性能和超快放电速率)的电介质材料才具有真正的实用和商用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料及其制备方法，这种陶瓷材料具有高的介电击穿强度、储能密度、储能效率和超快的放电速率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料，其特征在于，所述具有高储能性能和超快放电速率的陶瓷材料的化学式为：(1-x)(Na_0.5Bi_0.5)_0.7Sr_0.3TiO₃-xBi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃，其中，0.05≤x≤0.20。