The present invention provides a high energy storage density antiferroelectric ceramic material and a preparation method. The general chemical formula of the antiferroelectric ceramic material is Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625) 1 xTix]O3+a SiO2; in which 0.1 is less than x less than 0.15, a is the molar percentage of SiO2 and Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625) 1 xTix]O3, 3% less than a < 5%.
【技术实现步骤摘要】
一种高储能密度反铁电陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及一种高储能密度反铁电陶瓷材料及其制备方法,属于功能陶瓷材料
技术介绍
脉冲功率技术,是指把较小功率的能量以较长时间缓慢输入到储能设备中,然后在极短的时间内以极高的功率密度向负载释放的电物理技术(Science,313:334-336,2006),在高新技术、民用等领域得到广泛的应用。脉冲功率的基本系统由两部分组成:一部分是低功率水平的能量存储系统;另一部分是高功率脉冲的产生和有效传输到负载。能量存储系统是脉冲功率装置中的重要组成部分,当前主要通过电容、电感、机械能、化学能等形式提供初始能源。其中,电容器储能能量释放速度快、输出功率大、组合灵活、技术成熟、价格低廉,成为目前应用最为广泛的储能器件。作为脉冲功率装置的重要储能元件,电容器在脉冲功率装置中占很大比重,研制储能密度高、放电电流大、放电速度快、以及充放电寿命较长(~103次)的脉冲电容器(JournaloftheAmericanCeramicSociety73,323-328(1990);Appliedphysicsletters72,593-595(1998).)已成为当前脉冲功率
研究的重点和迫切任务。用作脉冲电容器的介质材料主要有线性陶瓷、铁电陶瓷和反铁电陶瓷三类。线性陶瓷介电常数几乎不随电场变化,具有低场下线性可逆、可重复多次充放电等优点,但其储能密度在安全电场范围内只有0.01J/cm3数量级。铁电陶瓷具有自发极化,在无外加电场时具有很高的介电常数,而在电场作用下,铁电陶瓷介电常数随电场增加而降低,并且其击穿场强通常不高 ...
【技术保护点】
1.一种高储能密度反铁电陶瓷材料,其特征在于,所述反铁电陶瓷材料的化学通式为Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1‑xTix]O3 + a SiO2;其中,0.1≤x≤0.15,a为SiO2与Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1‑xTix]O3 的摩尔百分比,3%≤a≤5%。
【技术特征摘要】
1.一种高储能密度反铁电陶瓷材料,其特征在于,所述反铁电陶瓷材料的化学通式为Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1-xTix]O3+aSiO2;其中,0.1≤x≤0.15,a为SiO2与Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1-xTix]O3的摩尔百分比,3%≤a≤5%。2.根据权利要求1所述的高储能密度反铁电陶瓷材料,其特征在于,所述反铁电陶瓷材料在21.6~23.6kV/mm的工作电场下,可释放的储能密度为2.32~2.68J/cm3,储能效率为73~81%;优选地,所述反铁电陶瓷材料在23.5kV/mm的工作电场下,可释放的储能密度为2.68J/cm3,储能效率为78%。3.根据权利要求1或2所述的高储能密度反铁电陶瓷材料,其特征在于,所述反铁电陶瓷材料能在室温下的相对介电常数为754~803,介电损耗为0.001~0.002,AFE-FE相变电场为3.97~4.88kV/mm;优选地,所述反铁电陶瓷材料能在室温下的相对介电常数为791,介电损耗为0.002,AFE-FE相变电场为4.68kV/mm。4.一种如权利要求1-3中任一项所述的高储能密度反铁电陶瓷材料的制备方法,其特征在于,包括:(1)固相反应法制备Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1-xTix]O3粉体;(2)将所得Pb0.97La0.02[(Zr0.375Sn0.625)1-xTix]O3粉体、硅酸四乙酯、水和醇混合并调节pH为7.5~8.0后进行水解反应,在经过滤、洗涤,得到包覆后粉体;(3)重复步骤(2)2~5次,在450℃~500℃下热处理2~4小时后,加入粘结剂造粒并压制成型,得到素坯;(4)将所得...
【专利技术属性】
技术研发人员:王根水,边峰,闫世光,徐晨洪,毛朝梁,董显林,曹菲,
申请(专利权)人:中国科学院上海硅酸盐研究所,
类型:发明
国别省市:上海,31
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