鈦酸鍶基陶瓷的制備與能量存儲性能研究

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1、＇論文分類號：１學(xué)校代碼７０８：１０學(xué)號：１５０２０３６龜?shù)椋＠螅妫崳姡樱龋粒粒危兀桑牐眨危桑郑牛遥樱桑裕伲牐希疲牐樱茫桑牛危茫牛Γ裕牛茫龋危希蹋希牵伲崳姶T士學(xué)位論文’ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ鈦酸鍶基陶瓷的制備與能量存儲性能研究閆非指導(dǎo)教師姓名：楊海波教授林營副教授學(xué)科名稱：材料學(xué)論文提交日期：２０１８年３月論文答辯日期：２０１８年５月學(xué)位授予單位：陜西科技大學(xué)申請工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：鈦酸鍶基陶瓷的制備與能量存儲性能研究學(xué)科門類：工學(xué)一級學(xué)科：材料科

2、學(xué)與工程培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：閆非導(dǎo)師：楊海波教授林營副教授2018年5月ResearchonPreparationandEnergyStoragePropertiesofStrontiumTitanateBasedCeramicsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByFeiYanSup

3、ervisor:Prof.HaiboYangViceProf.YingLinMay2018鈦酸鍶基陶瓷的制備與能量存儲性能研究摘要陶瓷電容器具有充放電速度快、介電常數(shù)大、應(yīng)用溫度范圍寬、使用壽命長等優(yōu)點，在脈沖功率體系中具備廣闊的應(yīng)用前景。目前大多數(shù)應(yīng)用在脈沖功率體系中的陶瓷電容器含有污染環(huán)境且危害人體健康的鉛元素，然而無鉛陶瓷電容器由于電場強度低或最大極化強度小等原因，導(dǎo)致現(xiàn)有的無鉛陶瓷電容器的儲能密度小、儲能效率低，無法滿足電子元器件面向小型化和集成化方向發(fā)展的需要。因此，本研究以改善無鉛陶瓷材料的儲能特性為目的，采用傳統(tǒng)固

4、相法和流延成型法制備鈦酸鍶基儲能陶瓷，并對其相關(guān)的性能進行詳細的研究。采用傳統(tǒng)固相法制備(1-x)SrTiO3-x(0.65BaTiO3-0.35Bi0.5Na0.5TiO3)（簡記為(1-x)ST-x(BT-BNT)）和(1-x)SrTiO3-x(0.95Bi0.5Na0.5TiO3-0.05BaAl0.5Nb0.5O3)（簡記為(1-x)ST-x(BNT-BAN)）儲能陶瓷。分析結(jié)果表明，ST能夠與BT-BNT和BNT-BAN形成鈣鈦礦固溶體。隨著BT-BNT和BNT-BAN含量不斷增加，樣品的最大介電常數(shù)對應(yīng)的溫度（Tm）

5、逐漸向高溫方向移動，最大極化強度（Pmax）不斷增大，且所有樣品均能夠呈現(xiàn)出瘦細的P-E曲線。(1-x)ST-x(BT-BNT)儲能陶瓷在x=0.3時的儲能特性最優(yōu)，其充電能量密度3（儲能密度，W）為1.54J/cm，放電能量密度（可逆儲能密度，Wrec）為31.40J/cm，儲能效率（η）為91%。(1-x)ST-x(BNT-BAN)儲能陶瓷則在x=0.533時的儲能特性最優(yōu)（W=2.46J/cm，Wrec=1.89J/cm，η=77%）。采用傳統(tǒng)固相法制備(1-x)SrTiO3-x(Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5

6、Ti0.96Zr0.02Sn0.02O3)（簡記為(1-x)ST-xBNKTZS）儲能陶瓷。然后分別選用傳統(tǒng)固相法和流延成型法制備(1-x)SrTiO3-x(Bi0.48La0.02Na0.48Li0.02Ti0.98Zr0.02O3)（簡記為(1-x)ST-xBLNLTZ）儲能陶瓷。結(jié)果表明，ST能夠與BNKTZS和BLNLTZ形成鈣鈦礦固溶體。隨著BNKTZS和BLNLTZ含量不斷增加，樣品的平均晶粒尺寸和介電常數(shù)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。傳統(tǒng)固相法制備的(1-x)ST-xBNKTZS3儲能陶瓷在x=0.4時能夠獲得最佳的儲能特

7、性（W=1.68J/cm，Wrec=1.453J/cm，η=86%）。傳統(tǒng)固相法制備的(1-x)ST-xBLNLTZ儲能陶瓷在x=0.2時33能夠呈現(xiàn)出最卓越的儲能特性（W=1.77J/cm，Wrec=1.56J/cm，η=88%），而采用流延成型法制備的(1-x)ST-xBLNLTZ儲能陶瓷在x=0.1時的Wrec可以33達到2.59J/cm，相應(yīng)的W=3.04J/cm，η=85%。I采用傳統(tǒng)固相法制備(1-x)SrTiO3-x(0.94Bi0.54Na0.46TiO3-0.06BaTiO3)（簡記為(1-x)ST-x(BNT

8、-BT)）儲能陶瓷，然后采用流延成型法制備(ST+0.5wt%Li2CO3)/(BNT-BT)（簡記為STL/(BNT-BT)）多層儲能陶瓷。結(jié)果表明，(1-x)ST-x(BNT-BT)儲能陶瓷在x=0.5時能夠獲得最佳的儲能特性（W=2.3633J/cm，Wr