[发明专利]一种高能量低损耗的BNT-SBT-xSMN陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高能量低损耗的BNT‑SBT‑xSMN陶瓷材料及其制备方法，化学式为：0.35(Sr_0.7+Bi_0.2)TiO₃‑0.65(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃‑xSr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃，其中0x≤0.1。通过掺杂的方法，在0.35(Sr_0.7+Bi_0.2)TiO₃‑0.65(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃基陶瓷中引入第三组元Sr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃，使得B位引入Mg²⁺、Nb⁵⁺，形成无铅三元系统陶瓷，从而改善原有钙钛矿陶瓷的微观特征，很好地改善储能特性，在BNT‑SBT基陶瓷的基础上提升了储能效率，有望实现更广泛的电子器件应用。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料，具体为一种高能量低损耗的0.35(Sr_0.7+Bi_0.2)TiO₃-0.65(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xSr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃(BNT-SBT-xSMN)陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷作为近年来研究的热门材料，具有出色的能量密度性能和效率。虽然近来具有高饱和极化的PZT、PZLT和PLZST等钙钛矿结构陶瓷具有优异的压电、介电和铁电性能，广泛应用于换能器、储能器和振荡器，但是由于铅基陶瓷主要成分为氧化铅(含量为60～70％)，对人类和生态环境造成了严重的损害。因此，一些环保陶瓷，尤其是Bi基ABO₃结构的钙钛矿材料，在电子器件研究领域引起了关注，其研发也成为具有重要科学意义和紧迫的市场需求的课题。在这些无铅的Bi基ABO₃陶瓷中，Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)基已被报道是最有希望的高能量密度应用候选材料之一。

BNT具有优越的居里温度(320℃)、剩余极化(～32μC·cm^-2)和矫顽场(～73kV·cm^-1)，但由于其难以直接烧成致密样品，从而导致其在实际应用中存在一定的缺陷，如：电导率高、难以极化、击穿场强低等，这就导致储能性能较差。研究人员常通过掺杂其他元素形成A、B位离子替代等方式，改善其不足，以期望获得较高的能量储存密度和性能。目前虽已有研究人员通过掺杂形成BNT-SBT陶瓷，取得了良好的储能特性，但其储能效率还有巨大进步空间。

发明内容

针对于现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种高能量低损耗的BNT-SBT-xSMN陶瓷材料及其制备方法。通过在BNT-SBT基陶瓷在中掺杂不同组分的SMN，改善BNT-SBT基陶瓷的微观结构等性能，以获得良好的储能效率和密度。

一种高能量低损耗的BNT-SBT-xSMN陶瓷材料，化学式为：0.35(Sr_0.7+Bi_0.2)TiO₃-0.65(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-xSr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃，其中0x≤0.1。

所述的高能量低损耗的BNT-SBT-xSMN陶瓷材料的制备方法，包括：