【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能介质材料，更具体的，涉及一种a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷及其制备方法与应用。
技术介绍
1、目前，常用的储能介质材料为有机材料，其储能密度较低，且温度稳定性相对较差。相比而言，无机介电陶瓷具有更好的充放电性能和热稳定行。用于能量存储的材料包括线性材料、铁电材料和反铁电材料，线性材料的极化强度较低，制约了其储能性能，而铁电材料的能量损耗较大，导致其可释放储能密度较低，其中反铁电体是一类重要的功能材料，在储能电容器、换能器和电压调制元件等领域有着广泛的应用。组成这类材料的相邻晶胞在一定温度范围内呈现反向平行排列，宏观上的极化强度为零。随着微观表征手段的不断发展和反铁电材料在电力、电子设备等方面展现出的极大潜力，人们对反铁电体开展了更为深入的研究。迄今为止，研究人员已发现和报道了多种反铁电体材料，但仍远远落后于铁电材料方面的研究，其中具有潜在应用价值的反铁电体材料则更为匮乏。对现有技术中反铁电储能陶瓷中存在的储能密度（<15 j/cm3）和储能效率不高，耐击穿电场较低等问题。
2、中国专利技术专利 cn107459350b公开了一种介电储能反铁电陶瓷材料及其制备方法：将储能密度负温度系数反铁电陶瓷材料和储能密度正温度系数反铁电陶瓷材料按照质量比(30-80)：(20-70)混合得到混合粉末；向混合粉末中添加聚乙烯醇溶液，然后烧结得到介电储能反铁电陶瓷材料。获得了在宽温区范围内(20℃-150℃)，储能密度稳定性＞85％、储能效率为85％(150℃)且最低储能密度为2.77j/cm3的储能材料，但该专
技术实现思路
1、本专利技术第一方面提供了一种a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，陶瓷结构通式为：pb(1.01-1.5n-y)mncay(zr1-xsnx)0.995o3；其中m包括稀土元素，并且0<x≤0.5，0<n≤0.05，0<y≤0.05；所述陶瓷储能密度为23~35 j/cm3，储能效率为70~92%。
2、优选的，所述x、n、y满足以下要求：0.3<x≤0.5，0.02<n≤0.04，0<y≤0.03。
3、所述陶瓷的制备原料包括粉体，所述粉体包括：caco3、pb3o4、re2o3、zro2、sno2，其中re包括la、sm、nd、eu、gd、pr、dy和yb中的任意两种。
4、所述陶瓷的制备原料还包括：溶剂、增塑剂、分散剂、粘结剂和均质剂。
5、优选的，按重量百分比计，所述陶瓷制备原料包括：30-60%溶剂、0.5-7%增塑剂、0.5-5%分散剂、5-10%粘结剂、1-4%均质剂，粉体补足余量。
6、优选的，所述溶剂包括甲苯、乙酸乙酯、乙醇和丁酮中的至少一种。
7、进一步优选的，所述溶剂包括甲苯和乙醇，所述甲苯和乙醇的质量比为（1-5）：1。
8、优选的，所述增塑剂包括聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三乙酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸乙酰基三乙酯中的至少一种。
9、进一步优选的，所述增塑剂包括聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯，所述聚乙二醇和邻苯二甲酸二丁酯的质量比为（0.5-1.5）：1。
10、优选的，所述分散剂包括磷酸三丁酯、乙氧基化物、蓖麻油、鱼油、磷酸酯、三乙醇胺中的至少一种。
11、优选的，所述粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、甲基纤维素、乙基纤维素中的至少一种。
12、优选的，所述均质剂包括环己酮或环己烷。
13、本专利技术第二方面提供了一种a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
14、s1，根据陶瓷的结构中元素的化学计量称量粉体；
15、s2，将粉体进行球磨混合均匀，干燥、研磨后进行预烧结处理，再次球磨获得基础陶瓷粉体；
16、s3，将基础陶瓷粉体与溶剂、增塑剂、分散剂、粘结剂、均质剂均匀混合形成浆料，并通过流延成型获得陶瓷生坯；
17、s4，将陶瓷生坯进行烧结，即得。
18、所述预烧结处理采用多步预烧法，所述预烧结的温度为750～950 ℃，升温速率为1~8 ℃/min，降温速率为1~10 ℃/min，保温时间为2~5 h。
19、优选的，
20、所述步骤s4中烧结采用挤压堆埋一体化烧结方式：先进行陶瓷排胶，再进行烧结。
21、所述步骤s4中陶瓷排胶温度为500～600 ℃，升温速率为0.5-5 ℃/min，保温5~8小时。
22、所述步骤s4中烧结的温度为1100～1250 ℃，升温速率为1-8 ℃/min，降温速率为1-10 ℃/min，保温2~4 h。
23、优选的，所述陶瓷的厚度为20-50μm。
24、进一步优选的，所述陶瓷的厚度为23-40μm。
25、优选的，所述陶瓷的击穿电场为800~1240 kv/cm，正向转折电场620~720 kv/cm，反向电场为520~620 kv/cm。
26、本申请人研究发现，陶瓷结构通式为：pb(1.01-1.5n-y)mncay(zr1-xsnx)0.995o3；其中m包括稀土元素，并且0<x≤0.5，0<n≤0.05，0<y≤0.05；多元素a位取代构筑陶瓷，不仅提升了陶瓷反铁电相的稳定性，即反铁电-铁电相变电场向高电场方向偏移，同时也促进了致密化生长，提升反铁电陶瓷的击穿电场，pb(zr,sn)o3结构为钙钛矿结构，pb2+位于氧八面体角上，o2-存在于氧八面体面心，zr4+和sn4+存在于氧八面体中心，这种结构有利于离子取代调控材料性能。通过调控稀土离子配合多次球磨与多步预烧法获得晶粒尺寸较小的粉体。将所得粉体加入溶剂、增塑剂、分散剂、粘结剂、均质剂均匀混合形成流延浆料，通过流延成型获得陶瓷生坯，并采用挤压堆埋一体化烧结方式烧制成致密度良好的陶瓷，由于采用a位双稀土离子共掺的方式再辅以先进烧结方法，可以实现晶粒细化，使陶瓷材料更加致密，增强其击穿电场，进一步增强储能性能。
27、本专利技术第三方面提供了一种a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的应用，应用于电介质储能电容器，利用离子溅射仪在介电储能材料上制备电极。
28、有益效果
29、1.本申请陶瓷结构通式为：pb(1.01-1.5n-y)mncay(zr1-xsnx)0.995o3；其中m包括稀土元素，并且0<x≤0.5，0<n≤0.05，0<y≤0.05，不仅提升了陶瓷反铁电相的稳定性，也促进了致密化生长，提升反铁电陶瓷的击穿电场。
30、2.本申请采用球磨和多步预烧法所制备的粉体粒径较小，可提高流延膜的致密度，同时可抑制陶瓷晶粒的生长尺寸，进一步改善陶瓷的击穿电场。
31、3.本申请采用特定的流延工艺，使得制备得到的反铁电陶瓷的厚度为25~40μm，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1. 一种A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，陶瓷结构通式为：Pb(1.01-1.5n-y)MnCay (Zr1-xSnx)0.995O3；其中M包括稀土元素，并且0.3<x≤0.5，0.02<n≤0.04，0<y≤0.03；所述稀土元素包括La、Sm、Nd、Eu、Gd、Pr、Dy和Yb中的任意两种，所述陶瓷的储能密度为23~35 J/cm3，储能效率为70~92%。
2.根据权利要求1所述的A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的制备原料包括粉体，所述粉体包括：CaCO3、Pb3O4、Re2O3、ZrO2、SnO2，其中Re包括La、Sm、Nd、Eu、Gd、Pr、Dy和Yb中的任意两种。
3.根据权利要求2所述的A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的制备原料还包括：溶剂、增塑剂、分散剂、粘结剂和均质剂。
4.一种根据权利要求3所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5. 根据权利要求4所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述预烧结
6.根据权利要求5所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中烧结采用挤压堆埋一体化烧结方式：先进行陶瓷排胶，再进行烧结。
7. 根据权利要求6所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中陶瓷排胶的温度为500～600 ℃，升温速率为0.5-5 ℃/min，保温5~8小时。
8. 根据权利要求6或7所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中烧结的温度为1100～1250 ℃，升温速率为1-8 ℃/min，降温速率为1-10 ℃/min，保温2~4 h。
9.一种根据权利要求1-3任一项所述A位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的应用，其特征在于，应用于电介质储能电容器。
...【技术特征摘要】
1. 一种a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，陶瓷结构通式为：pb(1.01-1.5n-y)mncay (zr1-xsnx)0.995o3；其中m包括稀土元素，并且0.3<x≤0.5，0.02<n≤0.04，0<y≤0.03；所述稀土元素包括la、sm、nd、eu、gd、pr、dy和yb中的任意两种，所述陶瓷的储能密度为23~35 j/cm3，储能效率为70~92%。
2.根据权利要求1所述的a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的制备原料包括粉体，所述粉体包括：caco3、pb3o4、re2o3、zro2、sno2，其中re包括la、sm、nd、eu、gd、pr、dy和yb中的任意两种。
3.根据权利要求2所述的a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的制备原料还包括：溶剂、增塑剂、分散剂、粘结剂和均质剂。
4.一种根据权利要求3所述a位双稀土离子共掺反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5. 根...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵烨，马荣，卢春晓，刘云颖，李雍，郝喜红，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：
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