[发明专利]一种高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料及其制备方法，材料的化学式为(1‑x)(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃+xNaNbO₃，其中x为摩尔百分比，x≤0.2且x≠0。本发明的制备方法以(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃高熵陶瓷作为基体，引入反铁电材料NaNbO₃固溶，实现了介电和铁电性能的可控优化，制备工艺简单、成本低，制备的高熵基无铅X7R型陶瓷材料具有良好的储能密度和温度稳定性。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料，具体是一种高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

电介质储能陶瓷电容器的新材料研发近几年来在学术界和工业界都引起了大量的关注。除了在传统脉冲能量领域(例如雷达，电磁脉冲，激光，反应堆等)的应用外，如今更加迫切注重其在电力电子学领域的应用(例如电动汽车，火车，飞机，军工近引擎电子系统等)用来减少大气碳排量和延缓全球变暖现象。与电池类(例如锂电池，固态电池，电化学超级电容器等)储存能量技术相比，电解质储能陶瓷电容器属于无源组件类别的电能储存设备，其每年有超过3万亿个多层陶瓷电容器应用在各类别电子产品中。

当前，X7R型电容器器件在各种电子终端设备上已获得了广泛的应用，该器件在-55℃～125℃(Δε/ε_25℃≤±15％)温度范围内具有高介电常数与良好的温度稳定性。较为常见的具有X7R特性的介电陶瓷系统包括铅基弛豫铁电陶瓷系统、BaTiO₃基铁电陶瓷系统和钨青铜矿结构陶瓷系统。尽管目前所报道的X7R型陶瓷介质材料种类繁多，但这些陶瓷材料普遍存在烧结温度高、介电常数低和介电损耗偏高等问题。

高熵材料(多主元材料)打破了一般传统材料中主元单一的情况，单个位点上同时存在多种元素，且元素之间的摩尔比相等或近似相等，各元素都能发挥各自的优势，成为材料的主体部分。其组合后引起的各种效应使其实现了介电性能的提升，引起了众多学者的广泛关注。与此同时，高熵的概念逐步扩展到了钙钛矿结构中，为高熵钙钛矿氧化物的发展带来了无限可能。

(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃高熵陶瓷宏观呈现为立方相钙钛矿结构，但在介电温谱及电滞回线中都能观察到弛豫铁电体特征，并不满足温度稳定型陶瓷材料的标准。无铅反铁电材料(AFE)NaNbO₃(NN)是一种很有前途的介质电容器材料，与线性电介质和铁电体(FE)相比，AFE材料由于电场诱导，从AFE到FE的相变产生高P_max和低剩余极化强度而具有优越的储能潜力，因此AFE材料近年来在介电电容器中得到了广泛的研究，尤其是在无铅钙钛矿材料中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料及其制备方法，不仅制备工艺简单、成本低，而且高熵基无铅X7R型陶瓷材料是具有良好的储能密度和温度稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料，化学式为(1-x)(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃+xNaNbO₃，其中：x为摩尔百分比，x≤0.2且x≠0。

一种如权利要求1所述的高储能的高熵基无铅X7R型陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：