[发明专利]一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜及其制备方法，本发明的无铅外延多层薄膜，包括Nb:SrTiO₃基片和层状结构，所述层状结构设置于Nb:SrTiO₃基片的上表面；所述层状结构包括若干层依次堆叠设置的第一层状结构，第一层状结构包括自下而上依次堆叠设置的BaZr_0.15Ti_0.85O₃层和BaZr_0.35Ti_0.65O₃层；本发明的薄膜在储能密度高的同时，能量效率高，热稳定性优异。

技术领域

本发明涉及储能薄膜材料领域，具体涉及一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜及其制备方法。

背景技术

随着人类对可再生能源需求的日益增长，能源存储技术面临着更大挑战。当下的能源存储材料有很多，如锂电池、燃料电池、超级电容器、陶瓷储能电容器等，然而快速的充放电时间、较高的能量存储密度以及良好的能量存储效率等优异性能为储能电容器提供了巨大的应用前景。近年来，随着各种电子设备的微型化、集成化与多功能化，对电子元器件的尺寸要求也日益严峻。而薄膜材料的出现不仅满足了器件对微型化的要求，同时由于其可控的结晶取向与优异的理化特性(如尺寸效应与界面效应等)，具有块体材料不可取代的优势，在储能材料领域具有极大的潜力，亦逐渐成为材料领域的一大热点。

一般来说，提高薄膜材料的储能密度应从两方面入手，即提高其击穿场强与介电常数(极化强度)。而这两者往往是相互矛盾的两个参数，即拥有较大介电常数的材料其击穿场强较小(如CCTO巨介电常数体系)、而击穿场强较大的材料其介电常数很低(如微晶陶瓷体系)。目前对储能薄膜的研究工作有很多，如通过掺杂、取代、核壳结构等方式，但其主旨均是在保持其中一个参数不变的情况下针对性地提高另一个参数，从而提高材料的储能密度。

此外，作为表征储能材料的重要参数，除了材料的储能密度，储能效率与温度稳定性同样是表征薄膜材料储能特性的重要参数。这三个参数相互独立却又相互制约。如何制备出具有高储能密度和优异宽温热稳定性的储能薄膜电容器成为目前研究的一个瓶颈及需要攻克的难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜及其制备方法，本发明的薄膜在储能密度高的同时，能量效率高，热稳定性优异。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜，包括Nb:SrTiO₃基片和层状结构，所述层状结构设置于Nb:SrTiO₃基片的上表面；所述层状结构包括若干层依次堆叠设置的第一层状结构，第一层状结构包括自下而上依次堆叠设置的BaZr_0.15Ti_0.85O₃层和BaZr_0.35Ti_0.65O₃层。

所述层状结构的厚度为260nm，其中，所有第一层状结构的厚度相同，每层第一层状结构中，BaZr_0.15Ti_0.85O₃层的厚度和BaZr_0.35Ti_0.65O₃层的厚度相同。

Nb:SrTiO₃基片为(001)取向生长的单晶Nb:SrTiO₃基片。

所述第一层状结构设置2～12层。

所述第一层状结构的层数为2、3、6、8或12。

一种具有高储能密度与优良热稳定性的无铅外延多层薄膜的制备方法，其过程如下：