一种[111]取向的钛酸锶模板材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种[111]取向钛酸锶模板材料及其制备方法，包括以下步骤：步骤1，将[111]取向的片状BaTiO

A [111] oriented strontium titanate template material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种[111]取向的钛酸锶模板材料及其制备方法
本专利技术属于储能陶瓷材料
，具体涉及一种[111]取向的钛酸锶模板材料及其制备方法。
技术介绍
高储能密度和高可靠性电介质储能材料在各种电力、电子系统中扮演着越来越重要的角色，特别是在高能脉冲功率
有着不可替代的应用。相关器件及产品正朝小型化、轻型化及多功能方向发展，对器件的储能密度提出了更高的要求，而提高器件储能特性的关键在于开发出具有高储能密度、效率与热稳定性良好的电介质材料。目前已有无机电介质储能材料大致可分为四类，第一类为钛酸钡基材料，相关电容器的生产技术非常成熟且已得到广泛应用，该类材料的特点是介电常数较高，由于材料中缺陷(晶界、孔隙等)和温度的影响，击穿场强较低，通常储能密度低于1J/cm3。第二类为陶瓷与聚合物或玻璃的复合电介质，这类材料具有远超一般应用的击穿场强，主要针对脉冲功率系统，且其批量化生产技术尚不成熟。第三类为反铁电材料，研究主要集中在锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)体系和铌酸银(AgNbO3)体系的储能研究，这类材料在外加电场作用下，会发生反铁电相到铁电相的迅速转变，介电常数表现出强烈的非线性效应，致使其极化强度远超同等强度电场作用下的线性或近线性介质，成为现阶段的研究热点。尽管有上述的优点，此类材料储能一般具有较大的能量耗散。针对已有储能材料的优缺点，在脉冲功率器件小型化和高功率化的应用背景下，高储能密度、高储能效率、高疲劳特性及快速充放电的储能材料受到广泛关注。提高电介质材料储能密度的关键之一是提高其击穿电场强度。由于电致伸缩效应的存在，在高电场作用下，电介质材料会产生较大的拉伸应变，进而使材料出现微裂纹，并最终导致击穿。这是制约储能电介质材料击穿电场的一个重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种[111]取向钛酸锶模板材料及其制备方法，解决了现有的储能材料的储能密度低的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体混合，之后加入熔盐进行搅拌均匀，得到混合物，其中，[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体的质量摩尔比为1:(0.1～20)；[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体的总质量与熔盐的质量比为1:(0.1～10)；步骤2，经步骤1得到的混合物进行球磨、烘干，得到烘干混合原料；步骤3，将步骤2得到的烘干混合原料进行煅烧，得到反应产物；步骤4，将步骤3得到的反应产物进行清洗、过滤、烘干，得到[111]取向的钛酸锶模板材料。优选地，步骤1中，所述熔盐为NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4中的一种或其中几种的混合物。优选地，步骤2中，经步骤1得到的混合物进行球磨的具体工艺：以无水乙醇和氧化锆球为磨球介质，在球磨速度为30r/min～640r/min下将混合物进行球磨。优选地，步骤3中，将步骤2得到的烘干混合原料进行煅烧的工艺参数：在650℃～1400℃的条件下煅烧0.5h～10h。优选地，步骤4中，将步骤3得到的反应产物进行清洗的工艺参数：在搅拌条件下使用去离子水，并在超声功率为50W～300W下采用超声波分散15min～30min，进行清洗2次～12次，用以去除熔盐以及没有反应完全的杂质。优选地，步骤1中，[111]取向的片状BaTiO3前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1，将片状Ba6Ti17O40前驱体与BaCO3粉体混合，之后加入熔盐进行搅拌均匀，得到混合物，其中，片状Ba6Ti17O40前驱体与BaCO3粉体的质量摩尔比为1:(1～20)；片状Ba6Ti17O40前驱体与BaCO3粉体的总质量与熔盐的质量比为1:(0.1～10)；S2，经S1得到的混合物进行球磨、烘干，得到烘干混合原料；S3，将S2得到的烘干混合原料进行煅烧，得到反应产物；S4，将S3得到的反应产物进行清洗、过滤、烘干，得到[111]取向的片状BaTiO3前驱体。优选地，步骤1中，片状Ba6Ti17O40前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1，将BaCO3粉体和TiO2粉体混合，之后加入熔盐进行搅拌均匀，得到混合物，其中，BaCO3粉体和TiO2粉体的质量摩尔比为1:(1～20)；BaCO3粉体和TiO2粉体的总质量与熔盐的质量比为1:(0.1～15)；S2，经S1得到的混合物进行球磨、烘干，得到烘干混合原料；S3，将S2得到的烘干混合原料进行煅烧，得到反应产物；S4，将S3得到的反应产物进行清洗、过滤、烘干，得到片状Ba6Ti17O40前驱体。优选地，S1中，所述的TiO2粉体的粒径为100nm～100μm；所述的BaCO3粉体的粒径≤100μm。优选地，S1中，所述的熔盐为NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4中的一种或其中几种的混合物。一种[111]取向钛酸锶模板材料，基于所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法制备所得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，制备得到的[111]取向的钛酸锶模板材料，对于钙钛矿结构电介质材料而言，[111]晶向具有最低的电致伸缩特性，因此制备[111]取向的织构陶瓷可有效降低其在高场作用下产生微裂纹的风险，从而提高陶瓷击穿电场。基于以上分析，本专利技术制备的[111]取向钛酸锶模板材料可以大幅度的提高材料的极化强度，同时降低材料的电致伸缩，提高材料的击穿电场，进而提高材料的储能密度。将在储能密度和储能效率上大大改善已有的储能材料，促进该类材料在制备器件方面的微型化和小型化。附图说明图1是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板粉体的X光衍射图谱。图2是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板定向的X光衍射图谱。图3是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板的扫描电镜图谱。图4是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板的扫描电镜图谱。图5是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板的扫描电镜图谱。图6是本专利技术一种[111]取向钛酸锶模板的扫描电镜图谱。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将BaCO3粉体和TiO2粉体混合均匀，同时加入熔盐；以无水乙醇和氧化锆球为磨球介质，在球磨速度为450r/min～650r/min下对混合的物料进行球磨2～48h，使得原料在介观尺度上均匀球磨之后烘干浆料，得到烘干混合原料；步骤1中，所述的BaCO3粉体和TiO2粉体的质量摩尔比为1:(1～20)；步骤1中，所述的TiO2粉体的粒径范围在100nm到100μm；使得后期制备的[111]取向的模板均匀可控。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，将[111]取向的片状BaTiO

【技术特征摘要】
1.一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体混合，之后加入熔盐进行搅拌均匀，得到混合物，其中，[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体的质量摩尔比为1:(0.1～20)；[111]取向的片状BaTiO3前驱体与SrCO3粉体的总质量与熔盐的质量比为1:(0.1～10)；
步骤2，经步骤1得到的混合物进行球磨、烘干，得到烘干混合原料；
步骤3，将步骤2得到的烘干混合原料进行煅烧，得到反应产物；
步骤4，将步骤3得到的反应产物进行清洗、过滤、烘干，得到[111]取向的钛酸锶模板材料。


2.根据权利要求1所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述熔盐为NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4中的一种或其中几种的混合物。


3.根据权利要求1所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，经步骤1得到的混合物进行球磨的具体工艺：以无水乙醇和氧化锆球为磨球介质，在球磨速度为30r/min～640r/min下将混合物进行球磨。


4.根据权利要求1所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，将步骤2得到的烘干混合原料进行煅烧的工艺参数：在650℃～1400℃的条件下煅烧0.5h～10h。


5.根据权利要求1所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，将步骤3得到的反应产物进行清洗的工艺参数：在搅拌条件下使用去离子水，并在超声功率为50W～300W下采用超声波分散15min～30min，进行清洗2次～12次，用以去除熔盐以及没有反应完全的杂质。


6.根据权利要求1所述的一种[111]取向钛酸锶模板材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，[111]取向的片状Ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景雷，李飞，杨帅，刘金凤，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61