钛酸锶基陶瓷的制备与能量存储性能研究

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1、＇论文分类号：１学校代码７０８：１０学号：１５０２０３６龜淡蚤＃拉大ｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ钛酸锶基陶瓷的制备与能量存储性能研究闫非指导教师姓名：杨海波教授林营副教授学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３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：钛酸锶基陶瓷的制备与能量存储性能研究学科门类：工学一级学科：材料科

2、学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：闫非导师：杨海波教授林营副教授2018年5月ResearchonPreparationandEnergyStoragePropertiesofStrontiumTitanateBasedCeramicsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByFeiYanSup

3、ervisor:Prof.HaiboYangViceProf.YingLinMay2018钛酸锶基陶瓷的制备与能量存储性能研究摘要陶瓷电容器具有充放电速度快、介电常数大、应用温度范围宽、使用寿命长等优点，在脉冲功率体系中具备广阔的应用前景。目前大多数应用在脉冲功率体系中的陶瓷电容器含有污染环境且危害人体健康的铅元素，然而无铅陶瓷电容器由于电场强度低或最大极化强度小等原因，导致现有的无铅陶瓷电容器的储能密度小、储能效率低，无法满足电子元器件面向小型化和集成化方向发展的需要。因此，本研究以改善无铅陶瓷材料的储能特性为目的，采用传统固

4、相法和流延成型法制备钛酸锶基储能陶瓷，并对其相关的性能进行详细的研究。采用传统固相法制备(1-x)SrTiO3-x(0.65BaTiO3-0.35Bi0.5Na0.5TiO3)（简记为(1-x)ST-x(BT-BNT)）和(1-x)SrTiO3-x(0.95Bi0.5Na0.5TiO3-0.05BaAl0.5Nb0.5O3)（简记为(1-x)ST-x(BNT-BAN)）储能陶瓷。分析结果表明，ST能够与BT-BNT和BNT-BAN形成钙钛矿固溶体。随着BT-BNT和BNT-BAN含量不断增加，样品的最大介电常数对应的温度（Tm）

5、逐渐向高温方向移动，最大极化强度（Pmax）不断增大，且所有样品均能够呈现出瘦细的P-E曲线。(1-x)ST-x(BT-BNT)储能陶瓷在x=0.3时的储能特性最优，其充电能量密度3（储能密度，W）为1.54J/cm，放电能量密度（可逆储能密度，Wrec）为31.40J/cm，储能效率（η）为91%。(1-x)ST-x(BNT-BAN)储能陶瓷则在x=0.533时的储能特性最优（W=2.46J/cm，Wrec=1.89J/cm，η=77%）。采用传统固相法制备(1-x)SrTiO3-x(Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5

6、Ti0.96Zr0.02Sn0.02O3)（简记为(1-x)ST-xBNKTZS）储能陶瓷。然后分别选用传统固相法和流延成型法制备(1-x)SrTiO3-x(Bi0.48La0.02Na0.48Li0.02Ti0.98Zr0.02O3)（简记为(1-x)ST-xBLNLTZ）储能陶瓷。结果表明，ST能够与BNKTZS和BLNLTZ形成钙钛矿固溶体。随着BNKTZS和BLNLTZ含量不断增加，样品的平均晶粒尺寸和介电常数呈现出逐渐增大的趋势。传统固相法制备的(1-x)ST-xBNKTZS3储能陶瓷在x=0.4时能够获得最佳的储能特

7、性（W=1.68J/cm，Wrec=1.453J/cm，η=86%）。传统固相法制备的(1-x)ST-xBLNLTZ储能陶瓷在x=0.2时33能够呈现出最卓越的储能特性（W=1.77J/cm，Wrec=1.56J/cm，η=88%），而采用流延成型法制备的(1-x)ST-xBLNLTZ储能陶瓷在x=0.1时的Wrec可以33达到2.59J/cm，相应的W=3.04J/cm，η=85%。I采用传统固相法制备(1-x)SrTiO3-x(0.94Bi0.54Na0.46TiO3-0.06BaTiO3)（简记为(1-x)ST-x(BNT

8、-BT)）储能陶瓷，然后采用流延成型法制备(ST+0.5wt%Li2CO3)/(BNT-BT)（简记为STL/(BNT-BT)）多层储能陶瓷。结果表明，(1-x)ST-x(BNT-BT)储能陶瓷在x=0.5时能够获得最佳的储能特性（W=2.3633J/cm，Wr