一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及采用传统固相反应制备无铅反铁电陶瓷材料(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3(x＝0.00，0.02，0.04，0.06)，研究材料的相结构、介电及储能性能。结果表明：随着Zr含量增加，晶粒尺寸逐渐减少，介电常数逐渐减少，储能密度先增加后减少。少量的Zr掺杂(x＝0.02)可以大幅度提高陶瓷的储能密度，在60kV/cm的电场下，其储能密度由x＝0.0的0.43J/cm3提高到x＝0.02的0.77J/cm3，提高了近80％，实验证明此材料将成为理想的无铅反铁电储能材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷的制备方法。
技术介绍
随着电子、信息和控制技术朝着微型化、高集成化方向的发展，以及可再生动力能源设备(如电动汽车、电网中的大型能量调节器等移动能源设备)的发展和使用，高密度储能电容器的发展已经被提上日程。作为铁电体材料的一类分支，反铁电体材料因其具有更高的储能密度而使得其逐渐成为高密度储能电容器的优秀候选材料。目前反铁电材料储能效应的研究主要集中在锆钛酸铅(PZT)为基体的含铅材料体系中，如Sn掺杂的Pb(Zr，Sn，Ti)O3(PZST)[1，2]陶瓷材料以及La掺杂的Pb0.97La0.02(Zr0.65Sn0.24Ti0.11)O3[3-5]薄膜材料等等。自2001年“ROHS/WEEE”指令颁布后，无铅压电材料与电致伸缩材料取得了较大的进展，相比之下，在无铅反铁电储能材料的研究方面所报道的文献却比较少，主要有Gao[7]等人最近报道的弛豫反铁电体储能材料0.89BiNaTiO3-0.06BaTiO3-0.05K0.5Na0.5NbO3，本文在成分位于准同型相界的[(Bi1/2Na1/2)0.94Ba0.06]TiO3[8]的基础上，设计了一种反铁电体(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3(x＝0.0，0.02，0.04，0.06)陶瓷，并研究了其能量储存效应。专利技术内容本专利技术专利的目的在于提供一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、原料的准备，使用氧化铋(纯度为99％，分子量为465.96)，碳酸钠(纯度为99.8％，分子量为105.99)，碳酸钡(纯度为99％，分子量为197.34)，二氧化钛(纯度为98％，分子量为79.87)，氧化锆(纯度为99％，分子量为123.22)和氧化镧(纯度为99.99％，分子量为325.81)作为原料。步骤二、称量各个组分，首先，根据分子式(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3来计算各化学组员的量。步骤三、混合将步骤二中所称量的各个组分的粉末倒入尼龙罐中进行混合，并加入适量的乙醇至罐体的2/3处，并在球磨机上用氧化锆球球磨6小时，干燥，过筛，压成圆柱体。步骤四，烧结将步骤三中所制得的圆柱体在空气中在1000℃煅烧6h。再次球磨成粉，过筛，压成直径为10毫米，厚度为1mm的小圆饼；最后，在空气烧结炉中1150℃下烧结4小时。等冷却后涂覆银浆料在小圆饼的两侧，然后在850℃炉温下干燥30分钟，既得(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷。有益效果：着Zr含量增加，晶粒尺寸逐渐减少，介电常数逐渐减少，介电弛豫弥散度增加，低温段介电常数峰移向低温方向，高温段介电常数峰移向高温方向；弛豫弥散度的增加，有利于提高反铁电材料的抗击穿强度。并且随着Zr含量增加，储能密度先增加后减少。少量的Zr掺杂(x＝0.02)可以大幅度提高陶瓷的储能密度，在60kV/cm的电场下，其储能密度由x＝0.0的0.43J/cm3提高到x＝0.02的0.77J/cm3，几乎提高了80％，比无铅弛豫反铁电体0.89[Bi0.5Na0.5TiO3]-0.06[BaTiO3]-0.05[K0.5Na0.5NbO3]陶瓷的储能密度(约0.5J/cm3，电场为60kv/cm3)提高了54％。假定薄膜形式下，其储能密度可达40J/cm3以上，将成为理想的无铅反铁电储能材料。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3(x＝0.0，0.02，0.04，0.06)陶瓷的XRD图谱；图2为(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3陶瓷的SEM表面形貌：(a)x＝0，(b)x＝0.02，(c)x＝0.04，(d)x＝0.06；图3(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3(x＝0.0，0.02，0.04，0.06)陶瓷在不同频率下的(a)ε′(T)，(b)ε″(T)，(c)tanδ(T)，(d)ε′(T)曲线在10kHz下的洛仑兹拟合；图4(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3陶瓷在不同电场下的电滞回线(a)x＝0，(b)x＝0.02，(c)x＝0.04，(d)x＝0.06。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、原料的准备，使用氧化铋(纯度为99％，分子量为465.96)，碳酸钠(纯度为99.8％，分子量为105.99)，碳酸钡(纯度为99％，分子量为197.34)，二氧化钛(纯度为98％，分子量为79.87)，氧化锆(纯度为99％，分子量为123.22)和氧化镧(纯度为99.99％，分子量为325.81)作为原料。步骤二、称量各个组分，首先，根据分子式(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3来计算各化学组员的量。步骤三、混合将步骤二中所称量的各个组分的粉末倒入尼龙罐中进行混合，并加入适量的乙醇至罐体的2/3处，并在球磨机上用氧化锆球球磨6小时，干燥，过筛，压成圆柱体。步骤四，烧结将步骤三中所制得的圆柱体在空气中在1000℃煅烧6h。再次球磨成粉，过筛，压成直径为10毫米，厚度为1mm的小圆饼；最后，在空气烧结炉中1150℃下烧结4小时。等冷却后涂覆银浆料在小圆饼的两侧，然后在850℃炉温下干燥30分钟，既得(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷。图1给出了(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3(x＝0.0，0.02，0.04，0.06)陶瓷烧结后的XRD图谱。从图中可以看出，经1150℃4小时烧结后，陶瓷为纯的钙钛矿相结构，无焦绿石相等杂相存在。采用JADE5.0对所有组分进行结构精修后，所得晶胞参数分别为：进而根据分子式与晶胞体积可求得陶瓷的理论密度分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1‑x)O3反铁电陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、原料的准备，使用氧化铋(纯度为99％，分子量为465.96)，碳酸钠(纯度为99.8％，分子量为105.99)，碳酸钡(纯度为99％，分子量为197.34)，二氧化钛(纯度为98％，分子量为79.87)，氧化锆(纯度为99％，分子量为123.22)和氧化镧(纯度为99.99％，分子量为325.81)作为原料；步骤二、称量各个组分，首先，根据分子式(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1‑x)O3来计算各化学组员的量；步骤三、混合将步骤二中所称量的各个组分的粉末倒入尼龙罐中进行混合，并加入适量的乙醇至罐体的2/3处，并在球磨机上用氧化锆球球磨6小时，干燥，过筛，压成圆柱体；步骤四，烧结将步骤三中所制得的圆柱体在空气中在1000℃煅烧6h，再次球磨成粉，过筛，压成直径为10毫米，厚度为1mm的小圆饼；最后，在空气烧结炉中1150℃下烧结4小时，等冷却后涂覆银浆料在小圆饼的两侧，然后在850℃炉温下干燥30分钟，既得(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1‑x)O3反铁电陶瓷。...

【技术特征摘要】
1.一种(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxTi(1-x)O3反铁电陶瓷的制备方法，其特征在
于包括以下步骤：
步骤一、原料的准备，
使用氧化铋(纯度为99％，分子量为465.96)，碳酸钠(纯度为99.8％，
分子量为105.99)，碳酸钡(纯度为99％，分子量为197.34)，二氧化钛(纯度
为98％，分子量为79.87)，氧化锆(纯度为99％，分子量为123.22)和氧化镧
(纯度为99.99％，分子量为325.81)作为原料；
步骤二、称量各个组分，
首先，根据分子式(Bi0.46Na0.46Ba0.06La0.02)ZrxT...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹静，王永锋，
申请(专利权)人：曹静，
类型：发明
国别省市：陕西;61