BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种BNT‑BST‑KNN反铁电储能陶瓷及其制备方法，属于功能陶瓷技术领域，分子式为：(1‑x)Bi1/2Na1/2TiO3‑xBa1/2Sr1/2TiO3‑0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07。本发明专利技术解决了现有技术中La

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能陶瓷
，涉及一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷及其制备方法。
技术介绍
1951年美国科学家KittleC根据宏观唯象理论提出了反铁电的概念，预言了反铁电体的存在，并且说明了其基本特征。上世纪六十年代，BJaffe和DBerlincourt等人通过对PbZrTiO3(PZT)掺杂改性得到可以在室温下被电场诱导从反铁电体转变成铁电体的PbZrSnTiO3(PZST)反铁电化合物。锆钛锡酸铅镧(Pb，La)(Zr，Sn，Ti)O3(PZST)陶瓷组份位于反铁电-铁电准同型相界附近，它在一定电场作用下发生相变，可以诱导从四方反铁电相(AFE)转变为三方铁电相(FE)结构，并伴随着物理性能的非线性变化，如：极化强度和应变量的突变等，人们可以利用这些性能变化在储能、爆电换能、致动器、铁电致冷等方面具有广泛的应用前景。PZST反铁电材料会呈现出“方形”和“倾斜”的电滞回线。不同电滞回线特征的反铁电材料具有不同的应用范围，“方形”电滞回线的反铁电体可用于“开关”要求的应变控制，而“倾斜”电滞回线的反铁电材料更适合应变的连续控制。反铁电材料的电滞回线和应变曲线的形状可以通过组分变化来调控，据研究报道，当组分选择接近准同型相界MPB时，可以获得较低的相变电场，但是电滞较大，我们知道，电场回滞随材料的局里温度的降低而减小。到目前为止，科学家们共发现40多种反铁电材料，其中钙钛矿结构的反铁电材料被大家认为最有研究价值。近年来欧洲颁布了“WasteElectricalandElectronicEquipment(WEEE)”环境与健康保护指令，无污染的无铅压电材料得到了广泛的重视和研究。目前，在科技人员广泛研究的无铅压电材料中BNT-BT材料研究最为活跃。BNT-BT陶瓷的研究已经接近PZT铁电陶瓷，在成分与结构上类似于商业上已经广泛应用的PbZr(1-x)TixO3(PZT)压电陶瓷，处于准同型相界MPB组分附近，即材料中同时存在三方与四方相结构。经研究发现La3+掺杂能够减小电场回滞，但是增大材料的相变电场。在B位掺杂Zr2+元素使反铁电相变得不稳定，易被电场诱导成铁电相，所以相变电场降低，同时降低了材料的居里温度，减小了电场的回滞。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷，解决了现有技术中La3+掺杂电陶瓷减小电场回滞的同时增大了材料的相变电场，B位掺杂Zr2+元素的电陶瓷的反铁电相不稳定的问题。本专利技术的另一目的是，提供一种上述反铁电储能陶瓷的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷，分子式为：(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07。进一步的，分子式(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3中x＝0.05或0.07。本专利技术的另一技术方案是，一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷的制备方法，具体按照以下步骤进行：步骤1，按照分子式：(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07，计算各原料的需要量，所需原料为：二氧化钛、碳酸钠、氧化铋、碳酸钡、氧化铌、碳酸钾和碳酸锶；用电子天平进行称量，称量精确到小数点后3位；步骤2，将称好的各原料倒入尼龙罐中，并向尼龙罐中加入体积浓度为99.9％的乙醇，使最终乙醇液面不高于尼龙罐体的2/3，并在球磨机上用氧化锆球球磨24小时充分混合，然后在烘烤箱中干燥，再用500目的不锈钢筛子进行过筛，将过筛后的混合粉末在压力机上压成尺寸为直径10mm×高3mm的圆柱体；步骤3，在大气氛围下，在900℃进行6h预烧，冷却后放入球磨罐中再次球磨24h粉碎，然后用500目的不锈钢筛子过筛粉末，压成尺寸为直径10mm×高1mm的圆柱体；将直径10mm×高1mm的圆柱体用相应组分的粉末进行掩埋，放置大气氛围下的烧结炉中进行烧结，烧结温度为1120℃，烧结时间为6小时，随炉冷却至室温，即得。本专利技术的特征还在于，进一步的，二氧化钛纯度为98％、碳酸钠纯度为99.8％、氧化铋纯度为99％、碳酸钡纯度为99％、氧化铌纯度为99.9％、碳酸钾纯度为99％、碳酸锶纯度为99.9％。进一步的，所述步骤2中，氧化锆球中直径2mm和直径5mm的氧化锆球数量各占一半。本专利技术的有益效果是：加入本文选择的量的Sr元素有助于扩大四方反铁电相的稳定区域，通过掺杂BaSrTiO3、KNaNbO3来改变本专利技术BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷的电学性能。随着x值的增大，颗粒大小明显趋于变小，并且变的均匀，当x≥0.05时，晶粒平均尺寸在3微米左右，均为颗粒状晶粒；说明Sr元素加入有助于该陶瓷材料的合成。晶胞的体积随着x含量的增加而增大，即当x值增加时，该陶瓷的铁电学性能会有明显的改变。此外，Sr元素的引入有效扩大了本专利技术陶瓷的准同型相界范围，也有助于提高本专利技术陶瓷的电场强度耐受度，提高该材料的抗击穿性能，从而有助于提高其储能密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a是本专利技术x＝0.01的SEM表面形貌图。图1b是本专利技术x＝0.03的SEM表面形貌图。图1c是本专利技术x＝0.05的SEM表面形貌图。图1d是本专利技术x＝0.07的SEM表面形貌图。图2a是本专利技术的XRD图谱。图2b是图2a中(200)峰的放大图。图3是本专利技术在1kHz下的介电常数和介电损耗曲线。图4是本专利技术在不同电场下的电滞回线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1，通过焙烧合成法制备本专利技术，具体按照以下步骤进行：步骤1，按照本专利技术的分子式(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3其中x＝0.01，计算各原料的需要量，所需原料为：纯度为98％、分子量为79.87的二氧化钛，纯度为99.8％、分子量为105.99的碳酸钠，纯度为99％、分子量为465.96的氧化铋，纯度为99％、分子量为197.34的碳酸钡，纯度为99.9％、分子量为265.81的氧化铌，纯度为99％、分子量为138.21的碳酸钾和纯度为99.9％、分子量为147.63的碳酸锶；用电子天平进行称量，称量精确到小数点后3位；步骤2，将称好的各原料倒入尼龙罐中，并向尼龙罐中加入体积浓度为99.9％的适量乙醇，使最终乙醇液面不高于尼龙罐体的2/3，并在球磨机上用氧化锆球球磨24小时充分混合，氧化锆球中直径2mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BNT‑BST‑KNN反铁电储能陶瓷，其特征在于，分子式为：(1‑x)Bi1/2Na1/2TiO3‑xBa1/2Sr1/2TiO3‑0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07。

【技术特征摘要】
1.一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷，其特征在于，分子式为：(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07。2.根据权利要求1所述的一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷，其特征在于，所述分子式(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3中x＝0.05或0.07。3.如权利要求1所述的一种BNT-BST-KNN反铁电储能陶瓷的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤1，按照分子式：(1-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBa1/2Sr1/2TiO3-0.05KNaNbO3，其中x＝0.01、0.03、0.05或0.07，计算各原料的需要量；其中，所需原料为：二氧化钛、碳酸钠、氧化铋、碳酸钡、氧化铌、碳酸钾和碳酸锶；用电子天平进行称量，称量精确到小数点后3位；步骤2，将称好的各原料倒入尼龙罐中，并向尼龙罐中加入体积浓度为99.9％的乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹静，王永锋，李兆，蔡向朝，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61