【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能陶瓷材料，具体涉及一种储能陶瓷材料及其制备方法以及高储能密度陶瓷电容器电介质。
技术介绍
1、目前，商用的储能材料主要有pbtio3(pt)基、bifeo3(bf)基、batio3(bt)基储能陶瓷等。然而，这些常用的储能材料在实际使用的过程中，都或多或少存在以下问题：例如，纯的pt陶瓷虽然具有较高的居里温度(tc＝490℃)，但其存在不易烧结、易出现裂纹和性能差等问题，而且，由于pt基材料中的铅(pb)易挥发，不仅会污染环境，还会危害人体健康；又如，由于bf基材料对合成温度要求较高，导致在bf基材料的制备过程中，会存在fe3+向fe2+转变的情况，导致bf基反铁电陶瓷的制备过程相对困难；再如，bt基陶瓷虽然具有较优异的铁电特性，但较低的居里温度限制了其在高温下的应用。
2、而虽然钛酸铋钠(bi0.5na0.5tio3，简称bnt)基陶瓷因其对环境友好，原料廉价，且因其具有大的饱和极化值、较高的居里温度以及低的介电损耗，在电介质储能领域具有广阔的应用前景。然而，纯的bnt具有较大的剩余极化以及较小的击穿场强，导致了其能量损失较大，并且储能密度和储能效率都比较低。因此仍需对其进行进一步优化。而且，由于bnt属于铁电材料，具有较高的自发极化，这会导致较大的矫顽场，并且在外加电场消失后，仍能保持较高的极化强度，从而表现出强烈的矫顽性；此外，由于bnt基材料中存在晶格缺陷以及bi离子挥发产生的空位等问题，影响了bnt基材料的电学性能，导致漏电流增大。这些都使得bnt陶瓷直接应用难度较大。
3、因
技术实现思路
1、一般的，要提高陶瓷基体的性能，可以通过以下几类方法实现：1)控制烧结工艺：通过合理的烧结工艺，可以调控陶瓷的晶粒尺寸和分布，从而提高其力学性能和致密程度。2)优化设计结构：在设计陶瓷样品时，可以考虑采用合理的结构设计，如增加支撑结构、改变形状等，以提高其整体性能。3)元素掺杂：精心选择适当的元素掺杂方法，设计引入金属离子分别取代a、b位阳离子，并进行合理调控，可以有效地提高陶瓷基体的储能性能，使其在储能领域具有更广泛的应用前景。
2、专利技术人在研发储能陶瓷材料的过程中，发现在bnt基体中掺杂ade3型铁电体，bnt基体经过ade3型铁电体改性后得到的固溶体不仅结构能够更加稳定，而且还具有准同型相界(mpb)，专利技术人进一步研究还发现，通过调整ade3型铁电体的掺杂量，当得到的固溶体为(1-x)bi0.5na0.5bo3-xade3时，x的取值范围为0.06≤x≤0.25，其在mpb附近表现出优异的电气性能，具有比bnt更高的最大极化强度pm和更低的矫顽场ec；同时，专利技术人还发现在该准同型相界处引入弛豫剂，进行离子掺杂能够提高极化差值。由此，为了解决上述问题中的至少一个。根据本专利技术的一个方面，提供了一种储能陶瓷材料。
3、该储能陶瓷材料的通式为(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg3；其中，d为ti元素，e为o元素；ade3为能够提高bi0.5na0.5tio3(简称bnt)的稳定性的改性剂通式，以得到具有准同型相界的(bi0.5na0.5)(1-x)axde3；g为能够在准同型相界处引入的弛豫剂通式；x的取值范围为0.06≤x≤0.25，y的取值范围为0＜y≤0.18。
4、由于bi0.5na0.5tio3经过改性剂的改性后结构更加稳定了，并且还具有了准同型相界，使得可以通过在准同型相界中引入弛豫剂来提高材料的性能。
5、在一些实施方式中，g为通式h(j0.7l0.3)e3，或通式m0.7bi0.2de3，或通式dq2/3r1/3e3，或通式s2e3。
6、在一些实施方式中，h用于使(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07bo3-yl(m0.7n0.3)o3的铁电畴向极性纳米畴转变；h和/或j用于细化(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的晶粒尺寸；l用于改善(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的立方平衡，并破坏(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3的长程有序(长程铁电纳米畴)，诱导(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3-yg3产生极性纳米区(简称pnrs)。
7、以g作为弛豫剂，对(1-y)(bi0.5na0.5)0.93a0.07de3进行掺杂，能够提高材料的极化差值，利于储能性能的提高。
8、在一些实施方式中，通式为ade3的改性剂为铁电体材料。以便于使经过改性的材料具有较高的饱和极化强度，有利于获得较高的储能特性。
9、在一些实施方式中，a为ba元素，所述材料的通式为(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxde3-yg，x的取值范围为0.06≤x≤0.08；优选的，x的取值为0.07。由此，通过改性剂batio3(简称bt)对bnt进行改性，不仅，可以得到结构更加稳定的(bi0.5na0.5)(1-x)baxtio3，简称bnbt；而且，得到的bnbt具有准同型相界。在一些实施方式中，a为通式bi0.5k0.5，所述材料的通式为(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xde3-yg，x的取值范围为0.06≤x≤0.25；优选的，x的取值为0.2。由此，通过改性剂bi0.5k0.5tio3(简称bkt)对bnt进行改性，不仅，可以得到结构更加稳定的(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xtio3，简称bnbkt；也可以得到具有准同型相界且结构更加稳定的(bi0.5na0.5)(1-x)(bi0.5k0.5)xtio3。
10、在一些实施方式中，h为ca元素；和/或j为hf元素；和/或l为zr元素；和/或m为元素sr；和/或q为元素mg；和/或r为元素nb；和/或s为元素la。由于ca的体积较小、极化程度低，可以促进铁电畴向极性纳米畴转变；例如，当弛豫剂采用ca(hf0.7zr0.3)o3时，对bnbt进行离子掺杂时，能够提高得到的(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxtio3-yca(hf0.7zr0.3)o3(简称(1-y)bnbt-ychz)的极化差值△p，降低(1-y)bnbt-ychz)的剩余极化，极大地改善了其电绝缘性能，使其漏电流减小、大大提升了电容器的能储密度和能储效率，提高了其击穿场强，降低了能量损失；而且，由于原料中不含易挥发成分，不易污染环境；当改性剂为bkt时，或当弛豫剂为sr0.7bi0.2tio3、bimg2/3nb1/3o3、la2o3时，所起到的作用与改性剂为bt，弛豫剂为ca(hf0.7zr0.3)o3时起到的作用相同，在此不再赘述。
11、在一些实施方式中，y的取值为0.10、0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.储能陶瓷材料，其特征在于，所述材料的通式为(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)AxDE3-yG；其中，D为Ti元素，E为O元素；
2.根据权利要求1所述的储能陶瓷材料，其特征在于，G为通式H(J0.7L0.3)E3，或通式M0.7Bi0.2DE3，或通式DQ2/3R1/3E3，或通式S2E3。
3.根据权利要求2所述的储能陶瓷材料，其特征在于，H用于使(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)AxDE3-yG的铁电畴向极性纳米畴转变；
4.根据权利要求1至3任一项所述的储能陶瓷材料，其特征在于，所述通式为ADE3的改性剂为铁电体材料。
5.根据权利要求4所述的储能陶瓷材料，其特征在于，A为Ba元素，所述材料的通式为(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)BaxDE3-yG，x的取值范围为0.06≤x≤0.08；或A为通式Bi0.5K0.5，所述材料的通式为(1-y)(Bi0.5Na0.5)(1-x)Bi0.5K0.5xDE3-yG，x的取值范围为0.06≤x≤0.25。
6.根据权利要求2或3所述的储能
7.根据权利要求1至3任一项所述的储能陶瓷材料，其特征在于，所述y的取值为0.10、0.12、0.14、0.16或0.18。
8.权利要求1至7任一项所述储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.权利要求1至7任一项所述储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述HCE3中的H为Ca元素；和/或
11.高储能密度陶瓷电容器电介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.储能陶瓷材料，其特征在于，所述材料的通式为(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg；其中，d为ti元素，e为o元素；
2.根据权利要求1所述的储能陶瓷材料，其特征在于，g为通式h(j0.7l0.3)e3，或通式m0.7bi0.2de3，或通式dq2/3r1/3e3，或通式s2e3。
3.根据权利要求2所述的储能陶瓷材料，其特征在于，h用于使(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)axde3-yg的铁电畴向极性纳米畴转变；
4.根据权利要求1至3任一项所述的储能陶瓷材料，其特征在于，所述通式为ade3的改性剂为铁电体材料。
5.根据权利要求4所述的储能陶瓷材料，其特征在于，a为ba元素，所述材料的通式为(1-y)(bi0.5na0.5)(1-x)baxde3-yg，x的取值范围为0.06≤x≤0...
【专利技术属性】
技术研发人员：王长安，苗向洛，庞利娟，刘宁炀，张振辉，张世邦，李祈昕，曾昭烩，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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