一种高储能高熵陶瓷介质材料及制备方法技术

技术编号：44089440 阅读：24 留言：0更新日期：2025-01-21 12:25

本发明专利技术公开了一种基于钛酸钡的高储能高熵陶瓷介质材料，所述材料具有以下的化学组成：Ba<subgt;0.2</subgt;[(K<subgt;0.5</subgt;Na<subgt;0.5</subgt;)Bi]<subgt;x</subgt;(SrCaMg)<subgt;(2/3)(0.4‑x)</subgt;TiO<subgt;3</subgt;；x＝0.16‑0.20。本发明专利技术通过将在BaTiO<subgt;3</subgt;中引入六种A位阳离子(K、Na、Bi、Sr、Ca和Mg)来构建高熵陶瓷，以优化其结构从而提高其储能性能。根据离子特性将引入的离子分为铁电相和非铁电相两组，并使铁电相和非铁电相达到相对平衡。材料具有细窄的电滞回线和高的击穿场强，在保证一定储能效率的前提下大幅提升了储能性能。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能材料，具体涉及一种基于钛酸钡的高储能高熵陶瓷介质材料及制备方法。

技术介绍

1、高熵这一概念最早来自高熵合金，受高熵合金的启发，2015年成功制备了二元氧化物(mgnicocuzn)o陶瓷。当其被发现有着巨大的介电常数后，高熵陶瓷被迅速应用于储能领域。此后，人们陆续开发了具有不同结构的高熵陶瓷，如钙钛矿、烧绿石、尖晶石等，其中钙钛矿结构的高熵陶瓷性能表现突出，成为了研究热点。

2、batio3因其高性能和低成本而成为大规模制造电容器的经典陶瓷,然而，纯batio3存在较大的剩余极化特性，对其在储能方面的表现非常不利。如何利用“熵工程”概念优化其结构进而提高性能，成为了在储能领域应用的一个重要问题。

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种高储能高熵陶瓷介质材料，通过研发出的材料新组成,使介质材料具有细窄的电滞回线和较高的击穿场强，在保证一定储能效率的前提下大幅提升了储能性能。

2、本专利技术提供的高储能高熵陶瓷介质材料，具有以下的化学组成：ba0.2[(k0.5na0.5)bi]x(srcamg)(2/3)(0.4-x)tio3，其中x＝0.16-0.20。

3、所述高储能高熵陶瓷介质材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)以baco3、k2co3、na2co3、bi2o3、srco3、caco3、mgco3和tio2粉体为原料，分别按照通式batio3、catio3、srtio3、mgtio3、(k0.5bi0.5

5、(2)密闭条件下，分别将catio3、srtio3和mgtio3粉料于860℃下预烧，得到cto、sto和mto原料；分别将batio3、(k0.5bi0.5)tio3和(na0.5bi0.5)tio3粉料于800℃下预烧，得到bto、kbt和nbt原料。

6、(3)将上述cto、sto、mto、bto、kbt和nbt原料按以下质量比称取：

7、bto:sto:cto:mto:kbt:nbt＝(0.20±10％):(0.16±10％):(0.16±10％):(0.16±10％):(0.08±10％):(0.08±10％)；

8、或者bto:sto:cto:mto:kbt:nbt＝(0.20±10％):(0.153±10％):(0.153±10％):(0.153±10％):(0.085±10％):(0.085±10％)；

9、或者bto:sto:cto:mto:kbt:nbt＝(0.20±10％):(0.1467±10％):(0.1467±10％):(0.1467±10％):(0.09±10％):(0.09±10％)；

10、或者bto:sto:cto:mto:kbt:nbt＝(0.20±10％):(0.14±10％):(0.14±10％):(0.14±10％):(0.095±10％):(0.095±10％)；

11、或者bto:sto:cto:mto:kbt:nbt＝(0.20±10％):(0.133±10％):(0.133±10％):(0.133±10％):(0.10±10％):(0.10±10％)。

12、然后加入无水乙醇，经球磨制浆、烘干、造粒、过筛、模压成型得到陶瓷生坯，经烧结获得高储能高熵陶瓷介质材料。

13、本专利技术的技术特点和效果：

14、在batio3中引入六种a位阳离子(k、na、bi、sr、ca和mg)来构建高熵陶瓷，以优化其储能性能，制备出的陶瓷介质材料视作几种钙钛矿结构化合物的固溶体。

15、为了确保电子价态平衡和稳定性，钡离子含量在a位的占比固定在0.2摩尔；引入(k0.5bi0.5)tio3作为铁电相，由于钾离子在长时间的高温环境烧结中挥发性较高，所以引入同样为铁电相且电价接近的(na0.5bi0.5)tio3作为补充，使kbt、nbt构成了本组分配比中的铁电相变量。

16、为保证拥有较高的介电常数，引入srtio3、catio3作为非铁电相，同时为了保证介质材料拥有高温稳定性、平衡a位平均离子半径以及进一步加强其弛豫性能，引入mgtio3作为补充，使sto、mto和cto构成了本组分配比中的非铁电相变量。其中(k0.5bi0.5)tio3、(na0.5bi0.5)tio3和batio3铁电陶瓷的磁滞回线表现出有高的饱和极化强度和高剩余极化强度的特点；mgtio3、srtio3和catio3非铁电陶瓷表现出具有低饱和极化强度和低剩余极化强度的特征。

17、引入这些组分后达到了铁电相和非铁电相的相对平衡，得益于a位的多种离子存在，弛豫特性获得大大加强，使铁电性能有了更好的表现。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高储能高熵陶瓷介质材料，其特征在于，所述高储能高熵陶瓷介质材料的化学组成为：Ba0.2[(K0.5Na0.5)Bi]x(SrCaMg)(2/3)(0.4-x)TiO3；x＝0.16-0.20。

2.权利要求1所述的高储能高熵陶瓷介质材料，其制备方法包括以下步骤：

【技术特征摘要】

1.一种高储能高熵陶瓷介质材料，其特征在于，所述高储能高熵陶瓷介质材料的化学组成为：ba0.2[(k0.5na0.5)bi]x(srcamg)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，毕众望，许积文，杨玲，尚飞，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人