一种陶瓷薄膜前驱体及其制备方法和介电储能电容器技术

本申请涉及介电材料领域，具体公开了一种陶瓷薄膜前驱体及其制备方法和介电储能电容器。该陶瓷薄膜前驱体由金属盐、稳定剂、溶剂混合组成，金属盐是由铋盐、钛盐、镧系金属盐、活泼金属盐组成；镧系金属盐为镧盐、铕盐、钐盐、镨盐、钕盐、铈盐、钆盐、镝盐中的一种；活泼金属盐为锶盐或钠盐；该介电储能电容器包括镀铂硅片、陶瓷薄膜、顶电极。本申请采用上述陶瓷薄膜前驱体制得的介电储能电容器具有优良的储能密度以及储能效率，储能密度可达54.08J/cm3，储能效率可达87.30%，且温度稳定性高，工作温度达到200℃时，储能密度可保持在常温状态的80%以上，储能效率仍有75%以上。储能效率仍有75%以上。储能效率仍有75%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷薄膜前驱体及其制备方法和介电储能电容器


[0001]本申请涉及介电材料领域，更具体地说，它涉及一种陶瓷薄膜前驱体及其制备方法和介电储能电容器。

技术介绍

[0002]电容器是储存电量和电能的元件，其中，介电储能电容器具有较高的功率密度，在电磁弹射炮、医疗设备、运输设备和脉冲激光武器等领域均有应用。
[0003]虽然传统的介电储能电容器的功率密度高，但储能密度较低，因而有推出薄膜电介质储能材料，由于薄膜电介质储能材料具有极高的击穿场强，储能密度比传统介电储能电容器有大幅提高，在实际应用中更具前景。而目前制备薄膜介电储能电容器通常采用弛豫铁电材料和反铁电材料，但是这两类材料体系较少，并且大多数的材料是以铅基材料为主，铅基材料具有一定的毒性，且对环境造成污染，使得铅基材料制备的薄膜介电储能电容器应用受限。

技术实现思路

[0004]为了解决目前铅基材料制备的薄膜介电储能电容器对环境的污染问题，本申请提供一种陶瓷薄膜前驱体及其制备方法和介电储能电容器。
[0005]第一方面，本申请提供一种陶瓷薄膜前驱体，所述陶瓷薄膜前驱体由金属盐、稳定剂、溶剂混合组成，所述金属盐是由铋盐、钛盐、镧系金属盐、活泼金属盐组成；所述镧系金属盐为镧盐、铕盐、钐盐、镨盐、钕盐、铈盐、钆盐、镝盐中的一种；所述活泼金属盐为锶盐或钠盐。
[0006]本申请采用上述的陶瓷薄膜前驱体，易于涂覆在镀铂硅片表面，且形成储能密度较高、储能效率较高的陶瓷薄膜，且无铅基材料，减少铅基材料的毒性对环境造成的污染，利用该陶瓷薄膜前驱体制得的介电储能电容器具有优良的储能密度以及储能效率。
[0007]其中，采用上述铋盐、钛盐、镧系金属盐、活泼金属盐组合作为金属盐，并在溶剂及稳定剂的作用下能促进金属盐的分散，制备得到的前驱体易于涂覆在镀铂硅片表面，且形成储能密度较高、储能效率较高的陶瓷薄膜。其中，镧系金属盐优选为镧盐，镧可以通过降低氧空位降低漏电流来改善材料的铁电特性。
[0008]优选的，所述陶瓷薄膜前驱体的摩尔浓度为0.02
‑
0.10mol/L，稳定剂与溶剂的体积比为(0.5
‑
1.5):(18.5
‑
19.5)。
[0009]上述浓度下的前驱体能使制得的介质储能电容器具有优良的储能密度及储能效率；其中，前驱体的浓度是由金属盐的用量所控制。
[0010]而控制稳定剂与溶剂的体积比，能促进稳定剂与溶剂的混合分散性，并能促使金属盐分散至其中，在高分散固相粒子之间形成“物理屏障”，阻止粒子团聚，使溶胶在涂膜前后能够保持长时间的稳定。
[0011]优选的，所述溶剂为丙酸；所述稳定剂为乙醇胺；所述铋盐为乙酸铋；所述钛盐为
钛酸四丁酯；所述镧系金属盐为镧系金属乙酸盐；所述活泼金属盐为乙酸锶或乙酸钠。
[0012]优选的，所述溶剂为乙酸；所述稳定剂为乙酰丙酮；所述铋盐为硝酸铋；所述钛盐为钛酸四丁酯；所述镧系金属盐为镧系金属硝酸盐；所述活泼金属盐为硝酸锶或硝酸钠。
[0013]通过采用上述的溶剂、稳定剂，能促进具体对应的金属盐分散性，能制得稳定的前驱体体系，便于均匀涂布在镀铂硅片表面，形成储能效率高、储能密度高的陶瓷薄膜，且在高温环境下仍能保持较高的储能密度和储能效率。
[0014]优选的，所述活泼金属盐为锶盐，锶离子、钛离子、铋离子、镧系金属离子的离子摩尔比为(1
‑
x)：(1+2x)：3.25x：0.75x，0＜x≤1。
[0015]通过采用锶盐作为活泼金属盐，并控制锶离子、钛离子、铋离子、镧系金属离子的离子摩尔比，能制得(1
‑
x)SrTiO3‑
xBi
3.25
M
0.75
Ti3O
12
陶瓷薄膜前驱体，其中M可以为La、 Eu、Sm、Pr、Nd、Ce、Gd、Dy中的一种，通过该陶瓷薄膜前驱体制备的介电储能电容器具有储能效率高、储能密度高的效果，能提高所制得的介电储能电容器的储能性能，且工作温度达到200℃时，储能某得能保持常温状态的80％以上，储能效果保持常温状态的75％以上；其中，x的取值可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
[0016]优选的，所述活泼金属盐为钠盐，铋离子：镧系金属离子：钠离子：钛离子的离子摩尔比为(0.5+2.75x)：0.75x：(0.5
‑
0.5x)：(1+2x)，0＜x≤1。
[0017]通过采用钠盐作为活泼金属盐，并控制铋离子、镧系金属离子、钠离子、钛离子的离子摩尔比，能制得(1
‑
x)Bi
0.5
Na
0.5
TiO3‑
xBi
3.25
M
0.75
Ti3O
12
陶瓷薄膜前驱体，其中M可以为 La、Eu、Sm、Pr、Nd、Ce、Gd、Dy中的一种，通过该陶瓷薄膜前驱体制备的介电储能电容器具有储能效率高、储能密度高的效果，能提高所制得的介电储能电容器的储能性能；其中，x的取值可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
[0018]第二方面，本申请提供一种陶瓷薄膜前驱体的制备方法，采用如下的技术方案：一种陶瓷薄膜前驱体的制备方法，包括如下步骤：将铋盐、活泼金属盐、镧系金属盐、钛盐依次加入至溶剂中，混合均匀，然后加入稳定剂，常温下搅拌12
‑
36h，制得陶瓷薄膜前驱体。
[0019]通过将铋盐、活泼金属盐、镧系金属盐、钛盐依次加入至溶剂，能使上述四种金属盐充分分散于溶剂中，提高陶瓷薄膜前驱体的分散均匀性，在镀铂硅片表面易于涂覆成型；操作方便，易于控制；其中，先将金属盐分散在溶剂中，然后添加稳定剂，能对金属盐起到稳定作用，减少金属盐受外界因素影响而导致价态变化，并减少金属盐的价态变化而导致陶瓷薄膜的储能密度及储能效率受影响。
[0020]第三方面，本申请提供一种介电储能电容器，采用如下的技术方案：一种介电储能电容器，包括镀铂硅片、设置于所述镀铂硅片表面的陶瓷薄膜、设置于所述陶瓷薄膜表面的顶电极，所述陶瓷薄膜为(1
‑
x)C
‑
xBi4‑
y
M
y
Ti3O
12
陶瓷薄膜，由上述第一方面或第二方面的陶瓷薄膜前驱体制得；其中，C为SrTiO3或Bi
0.5
Na
0.5
TiO3；M为La、Eu、Sm、Pr、Nd、Ce、Gd、Dy中的一种；0＜x≤1；y＝0
‑
1。
[0021]通过采用上述的陶瓷薄膜前驱体在镀铂硅片表面制备陶瓷薄膜，制得的介电储能电容器具有优良的储能密度以及储能效率。在工作温度达到200℃时，储能密度可保持在常
温状态的80％以上，储能效率仍有75％以上，温度稳定性高。当在62本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述陶瓷薄膜前驱体由金属盐、稳定剂、溶剂混合组成，所述金属盐是由铋盐、钛盐、镧系金属盐、活泼金属盐组成；所述镧系金属盐为镧盐、铕盐、钐盐、镨盐、钕盐、铈盐、钆盐、镝盐中的一种；所述活泼金属盐为锶盐或钠盐。2.根据权利要求1所述的一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述陶瓷薄膜前驱体的摩尔浓度为0.02
‑
0.10mol/L，稳定剂与溶剂的体积比为（0.5
‑
1.5）:（18.5
‑
19.5）。3.根据权利要求1所述的一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述溶剂为丙酸；所述稳定剂为乙醇胺；所述铋盐为乙酸铋；所述钛盐为钛酸四丁酯；所述镧系金属盐为镧系金属乙酸盐；所述活泼金属盐为乙酸锶或乙酸钠。4.根据权利要求1所述的一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述溶剂为乙酸；所述稳定剂为乙酰丙酮；所述铋盐为硝酸铋；所述钛盐为钛酸四丁酯；所述镧系金属盐为镧系金属硝酸盐；所述活泼金属盐为硝酸锶或硝酸钠。5.根据权利要求3或4所述的一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述活泼金属盐为锶盐，锶离子、钛离子、铋离子、镧系金属离子的离子摩尔比为(1
‑
x)：(1+2x)：3.25x：0.75x，0＜x≤1。6.根据权利要求3或4所述的一种陶瓷薄膜前驱体，其特征在于：所述活泼金属盐为钠盐，铋离子：镧系金属离子：钠离子：钛离子的离子摩尔比为（0.5+2.75x）：0.75x：（0.5
‑
0.5x）：（1+2x），0＜x≤1。7.一种如权利要求1
‑
6任一项所述陶瓷薄膜前驱体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将铋盐、活泼金属盐、镧系金属盐、钛盐依次加入至溶剂中，混合均匀，然后加入稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾婷婷，岳文锋，俞亮，蔡亚丽，刘丽霞，于淑会，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：