[发明专利]一种居里温度可调控的BCZT储能陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种居里温度可调控的BCZT储能陶瓷材料的制备方法，具体为：制备金属离子比例和Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃为1.25:1的溶液，并调节pH值，加热制得溶胶；将溶胶置于鼓风干燥箱中干燥，研磨成粉料；将制得的粉料置于马弗炉中煅烧成BCZT氧化物粉体；将BCZT氧化物粉体研磨造粒成型后置于马弗炉中烧结；最后将烧结得到的陶瓷材料，两面涂覆银浆料，在一定温度下烧结固化形成金属银电极即可。本发明采用溶胶‑凝胶法制得的Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃陶瓷材料，有效地将BCZT铁电陶瓷材料的居里温度调控至室温附近，具有工艺简单、成本低廉、储能密度和储能效率高等优点。

技术领域

本发明属于电子材料及器件技术领域，具体涉及一种居里温度可调控的BCZT储能陶瓷材料的制备方法。

背景技术

随着储能技术的快速发展，电介质电容器由于其超高的功率密度受到广泛关注。储能电介质电容器可以应用于需要较大功率输出的场合，如坦克、电磁炮、定向能武器、电气化发射平台等，这些设施都需要100kA以上的工作电流，普通的能源器件很难满足这个要求。电介质电容器的局限性在于储能密度和储能效率较低，不利于储能元件的小型化和轻量化，而且非线性电介质材料在相变温度附近的稳定性较差，制约了电介质电容器的应用范围。实现储能电介质电容器应用的关键问题是获得较高储能密度和较好的稳定性，这个问题的解决将给相关能源技术领域带来重大突破。

铁电材料作为非线性电介质，其储能密度可通过公式（具有较高介电常数的铁电体的电位移D可以看作和电极化强度P相等）计算得到，由此可知储能元件的储能密度与击穿场强及饱和极化值有关，储能效率与充放电过程的能量耗散有关。因此，如何在保持材料较高饱和极化值的同时，通过不同途径降低材料剩余极化值，提升陶瓷的击穿场强成为储能介电陶瓷研究的热点。近年来，科研工作者对钙钛矿型Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃（BCZT）铁电陶瓷材料进行了系统研究。研究发现BCZT陶瓷材料的居里温度在120℃左右，在室温下获得了优异的压电性能、较高的介电常数和非常低的介电损耗，室温下BCZT陶瓷材料获得的P-E电滞回线具有较大的剩余极化值（~12μC/cm²）。若想要实现室温附近的高储能密度和高储能效率，可通过调控BCZT的居里温度实现。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、无需复杂的后处理步骤且经济实用的居里温度可调控的BCZT储能陶瓷材料的制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种居里温度可调控的BCZT储能陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：以Ba(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂·4H₂O、ZrOCl₂·8H₂O、钛酸四丁酯、氨水和柠檬酸为初始原料，其中按照Ba_0.85Ca_0.15Zr_0.1Ti_0.9O₃的化学计量比分别称取原料Ba(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂·4H₂O、ZrOCl₂·8H₂O和钛酸四丁酯；

步骤S2：将钛酸四丁酯和柠檬酸分别溶解于10mL和30mL的乙醇中，各自搅拌至完全溶解，再将钛酸四丁酯的乙醇溶液滴入到柠檬酸的乙醇溶液中得到混合液A；