【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电介质储能陶瓷材料，尤其涉及一种用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、电介质储能陶瓷电容器，具有功率密度大、充/放电速度快、可靠性好等优点，是当前电子装置和电力系统中无处不在的部件，在大功率/脉冲电力系统中具有非常重要和广泛的应用。但是现阶段的电介质陶瓷电容器的储能密度普遍较低，难以顺应当前器件小型集成化的发展趋势。因此无论对推动国民经济发展还是突破关键领域和装备的技术瓶颈，研发高性能电介质电容器都具有非常重要的意义和价值。
2、由于铅对环境和人体的伤害作用，无铅电介质储能材料是当前的研究热点。铋层状化合物是一种aurivillius相层状钙钛矿材料，是由bi2o2层和类钙钛矿结构的an-1bno3n+1层交替堆叠而成，嵌入bi2o2层间的类钙钛矿结构层可以有效抑制空间电荷的长程扩散以及畴壁运动产生的缺陷，形成电极-铁电界面，从而获得优异的抗疲劳特性；此外，bi2o2层本身具有高绝缘性，使得铋层状化合物具有较高的击穿电场，这些优秀的性质使铋层状化合物成为潜在的高性能电介质储能材料。钛铌酸铋铁电体是典型的一类铋层状结构铁电体，具有高居里温度和较高的自发极化强度，但是存在剩余极化强度大和击穿电场低的问题，制约了其在储能领域的应用前景。此外，对钛铌酸铋基铁电陶瓷进行大量文献调研后发现，直接与储能密度相关的电滞回线(p-e曲线)鲜有报道，因此通过不同研究手段来提升钛铌酸铋基铁电陶瓷的储能密度和储能效率具有重要的生产实践意义。
技术实现思路p>
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料及其制备方法和应用，通过引入镧元素对bi3tinbo9铁电陶瓷进行改性，所制备的钛铌酸铋基弛豫铁电储能陶瓷能够有效克服剩余极化高和击穿电场低的缺点，储能性能明显优于未掺杂的钛铌酸铋铁电陶瓷和其他铋层状铁电陶瓷材料，同时具备较好的工作环境稳定性。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：一方面，提供了一种用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，该弛豫铁电陶瓷材料的通式为bi3-xlaxtinbo9，0≤x≤1.1。
3、通过上述技术方案，本专利技术的钛铌酸铋基弛豫铁电储能陶瓷能够有效克服剩余极化高和击穿电场低的缺点，储能性能明显优于未掺杂的钛铌酸铋铁电陶瓷和其他铋层状铁电陶瓷材料，同时具备较好的工作环境稳定性。
4、进一步地，该弛豫铁电陶瓷材料是基于固相烧结法进行镧掺杂bi3tinbo9制备而成；所述镧掺杂是以氧化物为原料加入。
5、进一步地，所述弛豫铁电陶瓷材料bi3-xlaxtinbo9中各原料的摩尔比为bi2o3：la2o3：tio2：nb2o5的摩尔比为1.9-3：0-1.1：2：1。
6、另外，提供了一种制备上述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料的方法，包括以下步骤：
7、步骤s1:球磨法制备镧掺杂bi3tinbo9的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷粉体；
8、将原料分别按通式bi3-xlaxtinbo9，0≤x≤1.1进行称量、配料，置于球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用氧化锆球进行球磨，球磨时间为10-15h，球磨转速为350-400rpm，将球磨后的浆料置于70℃的干燥箱，得干燥粉体；
9、步骤s2:预烧结；
10、将步骤s1所得干燥粉体细磨、压实、煅烧后随炉冷却得到煅烧后的粉体；
11、步骤s3:二次球磨；
12、将步骤s2得到的煅烧粉末再次研磨，并将所得到的粉料倒入球磨罐中，以无水乙醇为分散介质，用氧化锆球进行球磨，球磨时间为8-12h，球磨转速为400-500rpm后，将球磨后的浆料置于70℃的干燥箱，得块状干粉体；
13、步骤s4：压片成型；
14、将步骤s3得到的块状干粉体置于研钵中，加入质量分数为5wt％的pva水溶液充分混合后进行研磨造粒，将造粒后的粉体置于压片模具中压实成型，得到陶瓷生坯片；
15、步骤s5:烧结成瓷；
16、步骤s5：将步骤s4得到的陶瓷生坯片覆盖一层步骤s3中得到的块状干粉体进行排胶和烧结，随炉冷却后即得钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料。
17、通过上述技术方案，本专利技术制备工艺方法简单，成本较低，生产效率高，适合储能领域的大规模的实际应用生产。
18、进一步地，在步骤s2中，所述煅烧条件为：从室温以5℃/min的速率升至800-900℃煅烧3h。
19、进一步地，在步骤s4中，压片方式为冷等静压，压强为180mpa，保压时间为2min。
20、进一步地，在步骤s5中，所述排胶和烧结的具体工艺为：
21、首先，从室温以1℃/min升至500℃，保温1h随炉冷却后排胶完毕；
22、其次，排胶完毕后转移平铺在箱式马弗炉中，以5℃/min速率升高到1100-1250℃，保温2h，降温过程随炉冷却，烧结完毕。
23、最后，提供了一种上述的陶瓷材料在储能电容器中的应用。
24、通过上述技术方案，本专利技术的钛铌酸铋基弛豫铁电储能陶瓷拓展了电介质材料的储能应用。
25、本专利技术的有益效果在于：本专利技术所制备的钛铌酸铋基弛豫铁电储能陶瓷能够有效克服剩余极化高和击穿电场低的缺点，储能性能明显优于未掺杂的钛铌酸铋铁电陶瓷和其他铋层状铁电陶瓷材料，同时具备较好的工作环境稳定性。本专利技术的钛铌酸铋基弛豫铁电储能陶瓷拓展了电介质材料的储能应用。本专利技术制备工艺方法简单，成本较低，生产效率高，适合储能领域的大规模的实际应用生产。
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1.一种用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，该弛豫铁电陶瓷材料的通式为Bi3-xLaxTiNbO9，0≤x≤1.1。
2.根据权利要求1所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，该弛豫铁电陶瓷材料是基于固相烧结法进行镧掺杂Bi3TiNbO9制备而成；所述镧掺杂是以镧的氧化物进行掺杂。
3.根据权利要求2所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，所述弛豫铁电陶瓷材料Bi3-xLaxTiNbO9中各原料的摩尔比为Bi2O3：La2O3：TiO2：Nb2O5的摩尔比为1.9-3：0-1.1：2：1。
4.一种制备上述权利要求1-3任一项所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述煅烧条件为：从室温以5℃/min的速率升至800-900℃煅烧3h。
6.根据权利要求4所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，压片方式
7.根据权利要求4所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述排胶和烧结的具体工艺为：
8.一种权利要求1-3任一项所述的陶瓷材料在储能电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，该弛豫铁电陶瓷材料的通式为bi3-xlaxtinbo9，0≤x≤1.1。
2.根据权利要求1所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，该弛豫铁电陶瓷材料是基于固相烧结法进行镧掺杂bi3tinbo9制备而成；所述镧掺杂是以镧的氧化物进行掺杂。
3.根据权利要求2所述的用于储能的钛铌酸铋基弛豫铁电陶瓷材料，其特征在于，所述弛豫铁电陶瓷材料bi3-xlaxtinbo9中各原料的摩尔比为bi2o3：la2o3：tio2：nb2o5的摩尔比为1.9-3：0-1.1：2：1。
4.一种制备上述权利要求1-3任一项所述的用于储能的钛...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，冯武威，何斌，高艺源，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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