能源危機與環(huán)境污染日趨嚴重,這促使世界各國致力于新能源的開發(fā)、收集與利用。電容器作為一種適用于脈沖裝置領域的核心電容性部件,亟需提高其介電擊穿強度和儲能密度,以適應相應儀器設備小型化、集成化、環(huán)保化的發(fā)展需求。鈦酸鋇（BT）具有優(yōu)異的介電、鐵電性能,是當前制造綠色環(huán)保介電電容器的重要材料,因此本研究選擇BT為出發(fā)點,首先借助組分調控將BT鐵電體轉變?yōu)槌谠ヨF電體,再利用不同價態(tài)離子摻雜以降低剩余極化、改善介電擊穿強度,并在一價離子摻雜組分中嘗試了軋膜工藝以提高陶瓷致密度,最終獲得了優(yōu)化的能量存儲表現(xiàn)。具體如下:在純BT中引入不同含量的鈦酸鍶鉍（SBT）制備出一系列的BT-xSBT陶瓷。Sr²⁺和Bi³⁺進入ABO₃結構的A位取代Ba²⁺,破壞長程鐵電有序,這促使相變峰拓寬、降低、并向低溫方向移動,從而顯著提高了陶瓷的弛豫特性。同時,SBT可細化晶粒,降低燒結溫度,提高介電擊穿強度。然而低含量的SBT雖可破壞BT長程鐵電有序,但效果不明顯;高含量的SBT使燒結困難,不利于陶瓷的致密化。研究發(fā)現(xiàn)適量的SB... 

【文章來源】：西南大學重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

1產儲能裝置特性對比

扔諾愣?甘莧?們的關注[31,32]。一直以來含鉛（Pb）陶瓷因其優(yōu)異的性能備受人們的青睞，但是由于鉛具有長期性、持久性、潛在性的毒性，排放進大自然中無法再降解，進入人體后影響人的大腦和神經系統(tǒng)以及致癌，所以開始被人們重視和杜絕。再者，當今儀器設備都在往小型化和集成化方向發(fā)展，這就要電容器等設備用最小的體積儲存最多的能量，即儲能密度要大幅提高，因此發(fā)展高性能的無鉛介電陶瓷成為無機介質電容器發(fā)展的時代性要求[19,33-35]。1.2電介質陶瓷研究現(xiàn)狀一般來說，電介質陶瓷都有其獨特的電滯回線，即P-E回線。圖1.2.1顯示了鐵電體的P-E回線示意圖。多晶鐵電陶瓷的晶�？偸且蚰芰孔畹驮瓌t而分裂成許多小范圍內自發(fā)極化方向一致的區(qū)域，這些小的區(qū)域被定義為鐵電疇，在外電場E作用下可以翻轉，而在無外加電場E時隨機取向。當E增加且超過矯頑場Ec（又稱矯頑力）時，電介質陶瓷內部沿E方向產生宏觀偶極矩，在陶瓷表面產生束縛電荷，誘導極化P，Ec附近P的明顯變化主要歸因于鐵電疇反轉。而E達到介電擊穿強度（Dielectricbreakdownstrength，BDS或DBS）時，P達到最大極化Pmax。當E開始降低時，某些電疇會反向，但在E降低為零時，P不降低為零，從而導致剩余極化Pr。為了使P降為零，需要施加反方向的E（-E）至-Ec。隨著-E的增加，會有極化的類似重排。對于鐵電陶瓷，對Pmax附近的短線段作切線，切線與P軸的截距可以估計自發(fā)極化Ps[8,36]。圖1.2.1鐵電體的電滯回線示意圖Figure1.2.1Atypicalhysteresisloopinferroelectrics

第1章緒論5對P-E回線中Ec點與Pmax點間的曲線利用第二章公式(2-18)對P軸積分可以得到總能量密度W，即圖1.2.1中深紫色和淡藍色部分的總面積。對Pr點與Pmax點間的曲線利用第二章公式(2-19)對P軸積分可以得到有效能量密度Wrec，即圖1.2.1中深紫色部分的面積。圖中淡藍色的面積代表損耗掉的能量密度。根據(jù)P與E的關系，無鉛電介質陶瓷可以分為如圖1.2.2所示的以鈦酸鋇（BaTiO3，BT）為代表的鐵電體陶瓷[37-39]，以鈮酸銀（AgNbO3，AN）為代表的反鐵電體陶瓷[40-43]，以鈦酸鈣（CaTiO3，CT）為代表的線性電介質陶瓷[44-46]和以鈦酸鉍鈉（Na0.5Bi0.5TiO3，NBT）基為代表的弛豫鐵電體陶瓷[47-49]這四類[29]。圖1.2.2介電陶瓷的介電及鐵電特性：(a)鐵電體；(b)反鐵電體；(c)線性；(d)弛豫鐵電體Figure1.2.2Dielectricandferroelectricpropertiesofdielectricceramics:(a)Ferroelectrics;(b)Antiferroelectrics;(c)Linearity;(d)RelaxorFerroelectrics1.2.1鐵電體陶瓷鐵電體（Ferroelectric，F(xiàn)E）陶瓷是指具有鐵電性的陶瓷。這類陶瓷的晶胞結構為鐵電相結構，正負電荷的中心不重合，產生自發(fā)極化，施加外電場時，自發(fā)極化強度的方向隨外電場方向的變化而重新取向，即具有鐵電性。20世紀40年代，人們發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇具有非常強的鐵電性，自此，具有鈣鈦礦結


本文編號：3517352