一种钐钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能材料领域，具体涉及一种钐钽共掺的铌酸银基材料的多层介电储能材料及制备方法，可用作脉冲电容器的电源。该材料的化学式为Ag1‑

【技术实现步骤摘要】
一种钐钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能材料研究与技术开发领域，具体涉及一种钐钽共掺的铌酸银基材料的多层介电储能材料及制备方法，可用作脉冲电容器的电源。

技术介绍

[0002]电介质电容器作为大功率脉冲电源的核心储能器件，其具有高功率密度、超快充放电能力和优异的热稳定性、及抗老化性强等优点，在发展军事武器装备和实现现代重大科学研究技术等国家安全领域有着至关重要的地位，如心脏起搏器、相机闪光灯、核效应模拟、电磁弹射炮、金属成型、激光武器、航天飞机动力系统和混合动力电动车辆等领域。
[0003]随着脉冲功率器件向小型化和轻量化发展，开发高能量密度的介质材料愈发迫切。在高能量密度材料的研究领域。可用于能量储存的介质材料有线性电介质(LD)、铁电体(FE)、弛豫铁电体(RFE)和反铁电体(AFE)四大类。其中反铁电材料由于电场诱导存在反铁电相和铁电相转变产生的独特的双电滞回线且其介电常数随电场增大而增大，被认为是优选材料。
[0004]迄今为止，在发现的40多种反铁电材料中如(Pb,La)(Zr,Ti,Sn)O3、(Bi,Na)TiO3、NaNbO3和AgNbO3等体系，其性能特点各有千秋。(Pb,La)(Zr,Ti,Sn)O3基AFE陶瓷尽管具有优异的储能性能，即(Pb,La,Ba,Y)(Zr,Ti,Sn)O3基AFE陶瓷的U
rec
＝6.4J
·
cm
‑3，但有害元素铅的存在，使得该体系的应用受到极大的限制。因此，寻求无铅高储能密度材料始终是科研工作者关注的重点。环境友好的AgNbO3体系不仅工艺稳定性好，而且储能性能优异，如纯AgNbO3陶瓷的U
rec
为2.1J
·
cm
‑3，被认为是有潜力的高性能无铅介电储能材料之一。然而，目前报道的AgNbO3陶瓷储能效率η偏低(η低于75％)，低的储能效率将引起能量的耗散和储能器件的温度的升高，进而影响器件的稳定性能；另一方面，为满足高功率脉冲武器对电介质电容器的小型化和高压化及大电流等要求，AgNbO3的储能性能也有待于进一步提高。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术第一目的是提升AgNbO3基介电储能材料的耐击穿场强，从而实现储能性能的提升；本专利技术的第二目的是通过掺杂的手段，提高AgNbO3基介电储能材料的储能效率η，进而降低能量耗散和提升储能器件的稳定性能及使用寿命。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料，其特征在于：所述铌酸银基多层介电储能材料的化学式为Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3，0.02≤x≤0.10，0.2≤y≤0.7。
[0008]如上所述的钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料的制备方法，具体步骤如下：
[0009](1)选用Ag2O、Nb2O5、Sm2O3、Ta2O5作为起始原料粉体，按照组成通式Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3配料并混合，充分研磨得到粉体A；
[0010](2)将粉体A在100～300Mpa的压强下压制成片后，放入在氧气气氛中烧结保温得
到Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3块体B；
[0011](3)将块体B进行研磨破碎后，加入0.00wt％～1.0wt％的MnO2和/或ZrO2和/或Eu2O3氧化物进行球磨，混合均匀后并烘干得到粉体C；
[0012](4)按照质量百分比，粉体C：PVB：溶剂：分散剂：增塑剂为100：4～10：40～60：0.8～1.5：4～6配制，球磨得到浆料D；
[0013](5)将配制好的流延浆料D，采用流延工艺，进行流延，得到铌酸银基复合膜E；
[0014](6)将铌酸银基复合膜E进行印刷电极后，热压叠片，获得Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯F；
[0015](7)将Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯F，放入马沸炉中烧结脱胶，得到生坯G；
[0016](8)将Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯G，放入氧气氛烧结炉子进行烧结，得到钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料。
[0017]进一步地，所述步骤(1)中采用球磨法研磨粉体，研磨时间为8～24h。
[0018]进一步地，所述步骤(2)中烧结条件为升温速率为3～6℃/min，烧结温度为850℃～950℃，保温时间为3～6h。
[0019]进一步地，所述步骤(3)中球磨法研磨破碎，研磨时间为12～24h。
[0020]进一步地，所述步骤(3)中烘干，烘干温度为50℃～100℃。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中流延浆料，浆料的配比中，PVB的分子量为70000～270000，溶剂为对二甲苯和酒精、或丁酮和酒精、或丁酮和水、或酒精和甲苯、或酒精和三氯乙烯、或正丙酮和丁酮、或丙酮和甲苯、或P
‑
二甲苯和正丙酮；分散剂为大豆食品油、或花生油、或鱼油；增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂(DBP)和聚乙二醇(PEG
‑
400)和邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)。
[0022]进一步地，所述步骤(5)中流延工艺，其中铌酸银基复合膜E的厚度为1～50微米。
[0023]进一步地，所述步骤(6)中流延工艺的电极印刷，其中电极为Ag
‑
Pd电极、或Pt电极。丝网网孔325～500目。
[0024]进一步地，所述步骤(6)中流延工艺的热压叠片，其中热压温度为60℃～80℃，保温时间1～5min。
[0025]进一步地，所述步骤(7)中流延工艺的烧结脱胶，其中升温速率为0.1℃
·
min
‑1～1℃
·
min
‑1，烧结温度为400℃～600℃，保温时间30min～90min。
[0026]进一步地，所述步骤(8)中Ag1‑
3x
Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯G的烧结，在氧气氛炉中烧结，氧气气压维持在1.1～1.2atm。升温速率为5℃
·
min
‑1～10℃
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料，其特征在于：所述铌酸银基多层介电储能材料的化学式为Ag1‑
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Sm
x
Nb1‑
y
Ta
y
O3，0.02≤x≤0.10，0.2≤y≤0.7。2.根据权利要求1所述的钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料的制备方法，其特征在于：(1)选用Ag2O、Nb2O5、Sm2O3、Ta2O5作为起始原料粉体，按照组成通式Ag1‑
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Sm
x
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Ta
y
O3配料并混合，充分研磨得到粉体A；(2)将粉体A在100～300Mpa的压强下压制成片后，放入在氧气气氛中烧结保温得到Ag1‑
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Sm
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Nb1‑
y
Ta
y
O3块体B；(3)将块体B进行研磨破碎后，加入0.00wt％～1.0wt％的MnO2和/或ZrO2和/或Eu2O3氧化物进行球磨，混合均匀后并烘干得到粉体C；(4)按照质量百分比，粉体C：PVB：溶剂：分散剂：增塑剂为100：4～10：40～60：0.8～1.5：4～6配制，球磨得到浆料D；(5)将配制好的流延浆料D，采用流延工艺，进行流延，得到铌酸银基复合膜E；(6)将铌酸银基复合膜E进行印刷电极后，热压叠片，获得Ag1‑
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Sm
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O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯F；(7)将Ag1‑
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Sm
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O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯F，放入马沸炉中烧结脱胶，得到生坯G；(8)将Ag1‑
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Sm
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Ta
y
O3+zwt％MnO2基多层介电储能材料生坯G，放入氧气氛烧结炉子进行烧结，得到钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料。3.如权利要求2所述的钐和钽共掺的铌酸银基多层介电储能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用球磨法研磨粉体，研磨时间为8～24h。4.如权利要求2所述的铌酸银基多层介电储能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中烧结条件为升温速率为3～6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立峰，林玮，李林海，冶佳羽，曾嘉滢，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：