[发明专利]一种介质阻挡层材料及其制备与应用方法

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种介质阻挡层材料及其制备与应用方法，属于功能陶瓷材料领域。

背景技术

近年来，温室效应、能源问题的日益严峻以及一碳化学的兴起使得甲烷和二氧化碳的分解成为研究热点。与传统的水蒸汽重整、部分氧化法相比较，介质阻挡层放电 (dielectric barrier discharge，DBD) 作为一种低温等离子体技术，不仅可以摆脱化学动力学限制而且可以在常温常压下很容易地实现。这些优点使得介质阻挡层放电方法在二氧化碳温室气体的分解方面显示出优势。介质阻挡层放电在设备、操作条件以及选择性方面有着很大的优越性，因此更加受到了研究人员的青睐。目前该方法需要解决的主要问题是如何提高二氧化碳的转化率和能量利用效率。

介质阻挡层材料是影响介质阻挡层放电过程中能量利用效率的关键因素，它一方面防止单通道放电的产生，另一方面将微放电均匀地分布在放电空间内。材料的介电常数、击穿场强、微观结构和表面电阻是影响放电特性的主要参数。介质阻挡层的性质影响着放电过程中电荷的传输总量以及等离子体的能量，而且还具有储存电子促进均匀放电的作用。其介电常数（在一定范围内）越大、厚度越小越有利于等离子体化学反应的发生，此外具有高的二次电子发射系数的材料也有利于降低气体的击穿电压，而低表面电阻的材料有利于均匀放电的产生。

目前，有机材料如环氧树脂和聚四氟乙烯，无机材料如石英玻璃和氧化铝陶瓷都被用做介质阻挡层材料，并进行了放电分解二氧化碳的尝试，但是二氧化碳的转化率和能量利用效率都不高。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种介质阻挡层材料及其制备与应用方法。

一种介质阻挡层材料，其为玻璃掺杂的钛酸锶钙陶瓷材料，其中玻璃的质量分数为x，其余组分为(Ca_1-ySr_y)TiO₃，其中，0.5 wt%≤x≤5 wt%，0.1≤y≤0.3。

一种介质阻挡层材料的制备方法，首先调节上述钛酸锶钙陶瓷材料中y的比例，采用固相合成法制备钛酸锶钙粉体；然后采用纯度大于99%的原料，按照比例配料，经过高温熔融、水淬、球磨磨细得到所需组成的玻璃粉料；再将所得玻璃粉料与钛酸锶钙粉体按照一定比例在行星球磨机中加入球磨介质混合5 h~6 h，得到玻璃掺杂的钛酸锶钙陶瓷介质阻挡层材料，其具体步骤如下：

1）采用固相合成法制备(Ca_1-ySr_y)TiO₃粉体，首先以纯度大于99%的SrCO₃、CaCO₃、TiO₂为起始原料，按照(Ca_1-ySr_y)TiO₃的化学计量比配料，然后将这些原料在行星球磨机中加入球磨介质研磨5 h~6 h，烘干后在1100 °C~1150 °C温度下保温2 h~4 h煅烧合成，即得所需钙钛矿结构的(Ca_1-ySr_y)TiO₃粉体；

2）以纯度大于99%的反应物为起始原料，按照化学计量比配料，然后将这些原料在行星球磨机中加入球磨介质研磨5 h~6 h，烘干后在1200 °C~1500 °C温度下保温2 h~3 h熔融，得到高温熔体；

3）将步骤2）中所得到的高温熔体进行快速水淬，再将水淬得到的玻璃颗粒在行星球磨机中加入球磨介质研磨5 h~6 h，烘干后得到玻璃粉体；

4）将步骤1）和步骤3）中所制备的(Ca_1-ySr_y)TiO₃粉体和玻璃粉体按比例混合，混合工艺为：在行星式球磨机中加入球磨介质和磨球研磨5 h~6 h；烘干后，得到玻璃掺杂的钛酸锶钙陶瓷介质阻挡层材料粉体。

所述球磨介质为去离子水或无水乙醇。

所述反应物为BaO、SrO、CaO、H₃BO₃、SiO₂、Al₂O₃、Bi₂O₃、ZrO₂、B₂O₃和La₂O₃中的多种。