[发明专利]一种反铁电无铅陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于反铁电陶瓷材料技术领域，特别涉及一种反铁电无铅陶瓷及其制备方法和应用。本发明提供了一种反铁电无铅陶瓷，其元素组成为(1‑x)(0.94(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑0.06BaTiO₃)‑xCs₂Nb₄O₁₁，x为摩尔百分比。本发明通过设计元素组成，尤其是保证Cs₂Nb₄O₁₁组分形式的情况下，实现Cs₂Nb₄O₁₁与0.94(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑0.06BaTiO₃组分结合，获得了在室温、低电场条件下具有反铁电性能且环保的陶瓷材料。实验数据表明，本发明提供的反铁电无铅陶瓷的储能密度可达0.70J/cm³，储能效率可达45％，具有优良的储能性能。

技术领域

本发明属于反铁电陶瓷材料技术领域，特别涉及一种反铁电无铅陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的进步，经济的快速发展，人类对能源需求日益增长，因此新能源的开发与存储成为研究和应用的一个热点。电介质电容器具有轻便、高效、环境友好、比功率高等优点，已经在很多领域得到了广泛的应用。高储能密度、高储能效率及快速充放电材料是高功率密度、大容量电容器的物质基础。目前，多种电介质材料已经被研究应用于高密度能量储存，按其铁电性能的不同一般分为铁电材料、反铁电材料和线性电介质材料。与铁电和线性电介质材料相比，反铁电材料在电场作用下发生反铁电-铁电相变时总是伴随着巨大的能量存储与释放，有望在高功率、大容量、低压电容器中广泛应用。因此，反铁电材料是一种极具应用前景的高储能密度电介质材料。

目前报道的反铁电陶瓷有PbZrO₃铅基材料，其具有可在室温条件下使用的优点，但其含铅，对环境和人体有一定危害；另外还有反铁电陶瓷Bi_0.5Na_0.5TiO₃基和(K,Na)NbO₃基陶瓷材料，这两种陶瓷材料不含铅，具有良好环保性能，但仅仅可以满足高温条件下的使用需求，无法在室温条件下提供良好的电介质性能。

提供一种在室温、低电场条件下仍具有优异电介质使用性能且无铅的反铁电陶瓷，对满足当前日益增长的电介质材料需求具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种反铁电无铅陶瓷，在室温、低电场条件下依然具有良好的储能密度和储能效率，还具有环境友好的特点；本发明还提供了一种反铁电无铅陶瓷的制备方法，该方法工艺简单，绿色环保，适合工业化推广；本发明还提供了一种反铁电无铅陶瓷在电学元件中的应用。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种反铁电无铅陶瓷，所述反铁电无铅陶瓷的元素组成为(1-x)(0.94(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.06BaTiO₃)-xCs₂Nb₄O₁₁，x为摩尔百分比。

本发明还提供了上述技术方案所述的反铁电无铅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将Cs₂CO₃与Nb₂O₅依次进行第一球磨、第一高温保温、研磨和第二高温保温，得到Cs₂Nb₄O₁₁粉体；