一种BNT基储能陶瓷材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种BNT基储能陶瓷材料及其制备方法与应用，其组分(Bi

【技术实现步骤摘要】
一种BNT基储能陶瓷材料及其制备方法与应用
专利技术属于功能陶瓷领域，具体涉及到一种BNT基储能陶瓷材料及其制备方法与应用。
技术介绍
BNT是最近20年被广泛研究的无铅储能陶瓷之一。研究内容主要集中在降低制备缺陷和提高击穿电场上。其铁电性较强，但是纯的BNT难以烧结成致密的样品，缺陷多导致Eb比较低，所以BNT目前难以作为储能介质。目前该材料体系的设计思路分为两类：一类是通过A、B位掺杂取代RNPs这主要是RNPs铁电畴相对较大，在完成放电后Pr较低，从而释放更多的能量；另一方面是通过添加助烧剂来提高产品的致密性，从而获得更高的Wrec，来提高它的储能效率。然而两种设计思路都有它们的缺陷：A、B位掺杂取代RNPs虽然能够降低Pr，但是样品致密性难以得到提升；而通过添加助烧剂来提高样品致密性又难以降低Pr。高储能密度陶瓷是制作小型且大容量电容器的关键材料，因由于其具有充放电速度快、抗循环老化能力强、高温和高压等极端条件下性能稳定等优点，在电动汽车、高功率电子器件、脉冲功率电源、新能源及智能电网系统等基础科研和工程
均有着广阔的应用前景。
技术实现思路
针对不能同时降低Pr和提高样品致密性的问题，本专利技术提供一种BNT基储能陶瓷材料及其制备方法，其具有高储能密度、低介电损耗、大击穿强度和高温度稳定性。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种BNT基储能陶瓷材料，所述添加SrSc0.5Nb0.5O3的BNT基储能陶瓷材料的组分原料及摩尔百分比含量范围为：(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)1-x(SrSc0.5Nb0.5O3)x，其中x＝0-0.15。一种BNT基储能陶瓷材料的制备方法，该方法包括：采用固相法合成(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)1-x(SrSc0.5Nb0.5O3)x其中x＝0-0.15，将制作好的粉末研磨加粘合剂进行造粒，压制成型得到素胚，放置于600℃-650℃进行排除粘合剂；最后将胚体放置于1120℃-1150℃的烧结炉中保温2-4小时最终得到样品。进一步的，所述粘合剂为聚乙烯醇，添加量为所制粉体质量的3％-7％。进一步的，排除素胚中的粘合剂时，温度控制在600℃-650℃之间，保温2-4小时，升温速度保持稳定的3℃-5℃/分钟之间。BNT基储能陶瓷材料的应用，将陶瓷材料打磨加工成理想尺寸，在其单面覆盖圆点银电极，圆点银电极的面积为0.0314cm2，背面覆盖全银电极得到储能元器件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本专利技术加入的Nb2O5、SrCO3、Sc2O3(SSN)组合，均运用在二元体系中，未曾在三元体系中使用过；本次将其加入到BNT基中形成三元体系，是提升本设计产品性能的一大关键，在克服三元体系难以制片，烧结等问题后，性能提升明显。2.本专利技术提供的两步烧结法，特点在于第一步高温烧结，增加样品致密度、第二步低温长时间烧结，消除样品内气孔，最后的到纳米级别的晶粒。相比于传统的固相合成法制作出来的样品晶粒(微米级别)更加致密，紧凑。通过两步烧结法制作出来的样品，气孔明显减少，致密度大幅度提高，储能效率均超50％。3.本专利技术提供的银浆覆盖方法，是基于传统的双面全涂法改进的一种新的方法；样品一面全涂，另一面则只涂面积为0.0314cm2固定面积，可在测试时有效的避开样品瑕疵。附图说明图1是本专利技术实施例1中制得的Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3陶瓷样品的电子显微镜图片。图2是本专利技术实施例1中制得的Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3陶瓷在室温下的电滞回线。图3是本专利技术施例2中制得的0.95(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.05(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷样品的电子显微镜图片。图4是本专利技术施例2中制得的0.95(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.05(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷在室温下的电滞回线。图5是本专利技术施例3中制得的0.90(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.10(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷样品的电子显微镜图片。图6是本专利技术施例3中制得的0.90(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.10(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷在室温下的电滞回线。图7是本专利技术施例4中制得的0.85(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.15(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷样品的电子显微镜图片。图8是本专利技术施例4中制得的0.85(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)-0.15(SrSc0.5Nb0.5O3)陶瓷在室温下的电滞回线。图9是BNT基陶瓷的储能性能图表。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：本例为BNT基储能陶瓷材料，其化学式为(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)1-x(SrSc0.5Nb0.5O3)x，其中x＝0，x为摩尔数。将分析纯原料Bi2O3、Na2CO3、TiO2、Al2O3、Nb2O5、SrCO3、Sc2O3放在120℃的烘箱中保温12小时。按照化学计量比称取步骤1所得的原料，倒入球磨罐中。将步骤2中的得到的原料按照原料：锆球：无水乙醇的质量比为1:1:2放入行星球磨机中进行一次球磨，球磨时间为12h。将步骤3产物倒入培养皿中，放入60℃烘箱中烘干，然后使用60目的筛网进行过筛，使得锆球和粉末分离。将步骤4得到的粉体以3℃/min升到850℃，在高温烧结炉中保温2h,得到钙钛矿结构的(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)粉体。将步骤5得到的粉体进行二次球磨，重复3、4步骤。将步骤6得到的粉体，添加5wt％的聚乙烯醇(PVA)进行造粒。用直径为13mm的磨具和压力为60MPa的压片机将步骤7得到的粉体进行压片，得到直径为13mm的素胚。将素胚放在高温烧结炉中，以600℃保温4h。将排胶后的素胚放入高温烧结炉中，以3℃/min的升温速率升到1150℃，保温2h后，得到纯的BNT-BAN陶瓷。对步骤10得到的陶瓷片进行SEM扫描测试，未加入SSN(SrSc0.5Nb0.5O3)时。如图1，晶粒分布并不均匀，大部分晶粒在没有SSN的催化下长出来。对步骤10得到的陶瓷片打磨成0.2mm，再其单面覆盖圆点银电极，其面积为0.0314cm2，背面覆盖全银电极。测其电滞回线得图2，可以观察到P-E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BNT基储能陶瓷材料，其特征在于，所述添加SrSc

【技术特征摘要】
1.一种BNT基储能陶瓷材料，其特征在于，所述添加SrSc0.5Nb0.5O3的BNT基储能陶瓷材料的组分原料及摩尔百分比含量范围为：(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)1-x(SrSc0.5Nb0.5O3)x，其中x＝0-0.15。


2.一种BNT基储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：采用固相法合成(Bi0.5Na0.5Ti0.95Al0.025O3)1-x(SrSc0.5Nb0.5O3)x其中x＝0-0.15，将制作好的粉末研磨加粘合剂进行造粒，压制成型得到素胚，放置于600℃-650℃进行排除粘合剂；最后将胚体放置于1120...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴中华，王盛彬，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61