[发明专利]一种高储能高效率的NaNbO3

说明书

一种高储能高效率的NaNbO₃掺杂BaTiO₃基氧化物陶瓷材料、制备方法及应用，其化学式为(1‑x)(0.6BaTiO₃‑0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃)‑xNaNbO₃，其中0≤x≤0.2，x为摩尔百分比。该陶瓷材料根据化学式配料并进行预烧球磨制备。制备所得的陶瓷材料可制作陶瓷产品。本发明所制备的陶瓷材料，具有明显的弥散相变特征，制备工艺简单，制作成本低，通过选择适当的x值，可使放电储能密度达到2.2J/cm³，同时储能效率达到91.7％，提供了一种新的无铅储能材料基体。

技术领域

本发明涉及弛豫铁电体的技术领域，具体涉及一种(1-x)(0.6BaTiO₃-0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xNaNbO₃高功率密度高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料、制备方法及其应用。

背景技术

为了满足电动汽车和脉冲武器发展的需要，先进储能装置的研究受到了世界各国的广泛关注。与电池等储能系统相比，铁电电容器具有充放电速度快、功率密度高、寿命长等优点。铁电电容器储能特性的改善离不开材料的介电特性。虽然已经有许多重要的工作报告，但具有温度稳定性的高效储能铁电材料仍然缺乏。弛豫铁电体由于在理想状态下具有零剩余极化(P_r)和高饱和极化(P_s)，在储能中的应用越来越受到重视。但大多数弛豫铁电体都含有铅，在制备和使用过程中对环境造成了极大的破坏，因此需要开发无铅的弛豫铁电体体系。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种高储能高效率的NaNbO₃掺杂BaTiO₃基氧化物陶瓷材料及其制备方法，通过本方法制得的陶瓷电容器材料，不但制备工艺简单，材料成本低，而且具有较高的介电常数、低的介电损耗、良好温度稳定性，有可能成为替代铅基陶瓷材料成为多层陶瓷电容器在技术和经济上兼优的重要候选材料。

本发明所要解决的技术问题是通过NaNbO₃(简称NN)的掺杂对0.6BaTiO₃-0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃(简称BT-NBT)基体材料进行改性，得到的(1-x)(0.6BaTiO₃-0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xNaNbO₃作为弛豫铁电材料，具有相较于一般铁电材料较低的剩余极化。NaNbO₃的加入能够有效地增强试样的弛豫特性，提高试样的储能效率，这是由于NN的掺杂可以削弱BT-NBT陶瓷的极性菱形相，减少剩余极化，从而获得良好的储能性能。此外，NN本身具有较高的居里温度(370℃)和非常复杂的相变序列。考虑到NN的这些固有特性，NN的加入可能会干扰PNRs的耦合，从而影响PNRs的响应时间，最终提高0.6BaTiO₃-0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷的高温稳定性。因此，NaNbO₃掺杂改性能够增强击穿场强和储能效率。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种高储能高效率的NaNbO₃掺杂BaTiO₃基氧化物陶瓷材料，化学式为(1-x)(0.6BaTiO₃-0.4Bi_0.5Na_0.5TiO₃)-xNaNbO₃，其中0≤x≤0.2，x为摩尔百分比。