BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的制备及其储能性能研究

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８＾学号：１５０２０２５ＳＨＡＡＮＸ丨ＵＭＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧｙ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅＢａＴ－ｉＯ３Ｋ０ＢｉＴｉＯ基陶瓷的制备及其储．５０．５３能性能研究万晶指导教师姓名：蒲永平教授学科名称：材料物理与化学论文提交日期：２０１８年４月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的制备及其储能性能研究学科门类：工学一级学科：

2、材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：万晶导师：蒲永平教授2018年5月PreparationandResearchofEnergyStoragePropertiesofBaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3basedCeramicsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByJingWanSupervisor:Prof.YongpingPuM

3、ay2018BaTiO3-K0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的制备及其储能性能研究摘要电介质电容器具有功率密度高、充放电速度快、稳定性好和寿命长等优点，是目前脉冲功率设备中的最重要的储能元器件。近年来所研究的电介质电容器因为储能密度和储能效率普遍较低，无法满足实际需求。BaTiO（3BT）的介电、铁电性能十分优异，被广泛应用于多层陶瓷电容器、热敏电阻中，并且可以通过对BT基陶瓷掺杂改性提高储能性能，拓展其在储能元器件领域的应用范围。因此，本文通过在BaTiO3中引入K0.5Bi0.5TiO（3KBT）、KNbO3（KN）、NaNbO3（NN）和MgO提高其最大极化强度、降低剩余极化

4、强度、提高击穿场强从而优化材料的储能性能。并且对材料的晶体结构、微观形貌、介电、铁电和储能性能以及各性能之间的相互关系进行了探究。采用传统固相法制备了(1-x)BT-xKBT系统陶瓷，所有的陶瓷样品都为单一的钙钛矿型晶体结构，KBT与BT可以形成固溶体且无第二相产生。所有组分陶瓷样品微观结构都很致密，平均晶粒尺寸随KBT添加浓度增大逐4+渐减小。随着KBT含量的增加，晶格中Ti偏离原来格点程度增强，使BT基陶瓷的居里峰（TC）逐渐向高温方向移动。x=0.08的组分具有较高的-2-2Pm~21.2μC·cm和适中的Pr~9.3μC·cm。KBT加入对于BT基陶瓷的储能性能有一定的提

5、高。采用传统固相法制备了(1-x)(0.92BT-0.08KBT)-xKN系统陶瓷。XRD结果表明：所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构，无第二相产生。随着KN浓度逐渐增大，陶瓷的晶体结构由四方相转变为伪立方相。KN的引入使0.92BT-0.08KBT基体产生两个介电异常峰，高温区的介电异常峰会随着KN掺杂浓度的增加向低温方向移动。当x＞0.04时，陶瓷中铁电相的含量减少，电滞回线变细。KN的引入有效的提高了0.92BT-0.08KBT基陶瓷的储能特-3性。0.92(0.92BT-0.08KBT)-0.08KN组分陶瓷的储能密度为0.89J·cm，储能-1效率为56%，击穿场强为12

6、.5kV·mm。采用传统固相法制备了(1-x)(0.92BT-0.08KBT)-xNN系统陶瓷，所有陶瓷样品都为钙钛矿型晶体结构，并且随着NN掺杂浓度的增加，0.92BT-0.08KBT基陶瓷的四方率和晶胞体积逐渐减小，由四方晶相转变为伪立方晶相。高温烧结过程中产生的缺陷簇在晶界处产生“钉扎”作用，使0.92BT-0.08KBT基陶瓷的晶粒尺寸减小。各组分的介温曲线都有微弱的频I率色散和弥散现象。随着NN浓度的增加，陶瓷的介电常数先增大后减小，居里温度逐渐向低温方向移动。当x=0.02时，介电常数达到最大值。当x≥0.06时，陶瓷材料的剩余极化强度显著减小，电滞回线细化。NN的引

7、入使0.92BT-0.08KBT基陶瓷晶粒的均匀度提高，有助于提高电畴的均匀度，提高了电畴转向的灵活度。0.94(0.92BT-0.08KBT)-0.06NN组分陶瓷的储能-3-1密度可以达到1.80J·cm，储能效率为60.1%，击穿强度为21.2kV·mm。研究结果表明相较于KN，NN的引入能更有效的提高0.92BT-0.08KBT陶瓷的储能性能。采用传统固相法制备了0.94(0.92BT-0.08KBT)-0.06NN-xwt%MgO系统陶瓷，所有组分的样品均为伪立方相的钙