[发明专利]一种高耐电场强度、高储能密度的NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐电场强度、高储能密度的NBT‑BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料及其制备方法，属于介电陶瓷材料制备技术领域。本本发明公开了一种化学组成为0.6(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃‑0.06BaTiO₃)‑0.4(Sr_0.7Bi_0.2TiO₃)‑0.1％Dy₂O₃(简写为NBT‑BT‑40SBT‑Dy)的高耐电场强度、高储能密度的NBT‑BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料。本发明的NBT‑BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料具有以下性能：(1)电滞回线形状纤细，表现出弛豫铁电体的特征，耐电场强度可以达到270kV/cm；(2)总储能密度和有效储能密度随电场的增加而增大；(3)储能效率在73％以上。

技术领域

本发明属于介电陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种高耐电场强度、高储能密度的NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着全球社会经济的深入发展，能源危机越来越严重，新能源技术的开发利用已成为人类社会发展的关键。介质陶瓷由于具有良好的温度、频率稳定性和安全性，在功率密度和使用寿命方面具有很大的优势，已成为一种优良的候选电容器材料。然而，介质陶瓷的储能密度普遍不高，难以满足脉冲功率器件小型化的要求，如何大幅度提高介质陶瓷的储能密度已成为近年来功能陶瓷领域研究的热点之一。

NBT-BT基储能陶瓷有着高的饱和极化能力，较低的矫顽场以及低的介电损耗，是优良陶瓷电容器的潜在材料。但通过传统的压坯成型-固相烧结工艺制备的NBT-BT基储能陶瓷的晶粒粗大且不均匀，导致其耐电场强度较低，一般在100kV/cm左右，从而使其储能密度不高，限制了它的生产应用。因此，如何有效的提高NBT-BT基储能陶瓷的耐电场/储能密度是其获得更广泛应用所亟需解决的关键问题之一。

为了提高NBT-BT基储能陶瓷的耐电场强度，目前的研究报道主要集中在烧结工艺、参杂改性等方面，存在的提高幅度不够、效益不够高等不足，因此通过调整固相烧结前的制坯工艺来提高NBT-BT基储能陶瓷的耐电场强度和储能密度的研究显得非常重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一种高耐电场强度、高储能密度的NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料；本发明的目的之二在于提供一种高耐电场强度、高储能密度的NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种高耐电场强度、高储能密度的NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料，所述NBT-BT基驰豫铁电陶瓷材料NBT-BT-40SBT-Dy的化学组成为0.6(0.94Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.06BaTiO₃)-0.4(Sr_0.7Bi_0.2TiO₃)-0.1％Dy₂O₃。

优选的，所述NBT-BT基驰豫铁电陶瓷薄膜材料的厚度为0.07～0.1mm。

优选的，所述弛豫铁电陶瓷材料的在270kV/cm电场下室温有效储能密度为4.83J/cm³；在10～270kV/cm之间的储能效率≥78％。

2.上述弛豫铁电陶瓷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)按照7:2:10的摩尔比将SrCO₃、Bi₂O₃和TiO₂混合后球磨得到混合料，烘干、研磨、过筛后于850℃下进行预烧，保温150min后冷却至室温，再次球磨得到(Sr_0.7Bi_0.2)TiO₃；