[发明专利]一种高储能高效率的Zr掺杂高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料、制备方法及应用

说明书

一种高储能高效率的Zr掺杂高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料。该材料的制备方法为：首先采用了Na₂CO₃、Bi₂O₃、BaCO₃、SrCO₃、CaCO₃、TiO₂和ZrO₂为原料，按化学式(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)Ti_1‑xZr_xO₃配比取料，对粉体进行湿法球磨混合，干燥后的粉体在875℃下预烧2h，再经过二次球磨、过筛和成型，最终在1300℃温度下烧结2h得到了单相的高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料。本发明所制备的高熵陶瓷材料制备工艺简单，制作成本低，通过选择适当的x值，可使放电储能密度达到1.48J/cm³，同时储能效率达到89.9%，提供了一种新的无铅储能材料基体。

技术领域

本发明涉及弛豫铁电体的技术领域，具体涉及一种(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)Ti_1-xZr_xO₃高功率密度高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料、制备方法及其应用。

背景技术

电介质陶瓷材料是电子工业中制备基础元件的关键材料，被广泛应用于脉冲功率系统、移动电子设备和混合动力电动汽车等方面。在电子电气工程领域占有举足轻重的地位。随着电子电气产品轻量化、微型化、集成化的发展趋势，急切需要开发具有高储能密度的介质电容器。当传统材料的发展越来越趋近于其极限、无法满足各行业新技术日益增长的需要时，开发新材料变得尤为重要。“高熵”是近年来出现的新的材料设计理论，目前已成为材料研究领域的一大热点。弛豫铁电体由于在理想状态下具有零剩余极化(P_r)和高饱和极化(P_s)，在储能中的应用越来越受到重视。但大多数弛豫铁电体都含有铅，在制备和使用过程中对环境造成了极大的破坏，因此需要开发无铅的弛豫铁电体体系。

CN111039672A提供了一种高功率密度的Sn掺杂高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料，该方案采用四价离子Sn⁴⁺的掺杂对基体储能性能及充放电性能进行进一步改性。由于SnO₂本身具有高绝缘性，且Sn离子在B位取代同价Ti离子，可抑制晶粒生长，在一定程度上可抑制界面极化、提高击穿场强，最终改善陶瓷材料的储能性能。但是，该方案存在储能效率低、能量释放速度慢等不足，不利于实际应用。

发明内容