[发明专利]一种Sm3+

说明书

本发明涉及一种Sm³⁺和NaNbO₃共同修饰钛酸铋钠基铁电陶瓷材料及其制备方法，陶瓷材料的组分及含量为:1‑x(0.85Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑0.15Ba_0.94Sm_0.06TiO₃)‑xNaNbO₃，其中0≤x≤0.16。本发明的制备步骤包括：配料球磨、干燥、预烧、二次球磨、制片、烧结。本发明通过Sm³⁺和NaNbO₃共同掺杂入0.85Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑0.15BaTiO₃基体中，得到均一的钙钛矿结构的铁电陶瓷，并且在提高了其击穿强度的同时降低了剩余极化值，提高储能密度及稳定性，本发明方法制得的储能陶瓷能够在较高的击穿场强(100kV/cm)下获得1.207J/cm 3的高储能密度和79.19%的高能量效率，这有助于高功率大容量储存电容器的开发和应用。

技术领域

本发明涉及电子功能材料与器件技术领域，具体涉及一种Sm³⁺和NaNbO₃共同修饰钛酸铋钠基铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着地球上的煤炭、石油等一次能源的逐渐枯竭，越来越多的可持续能源转换和储能系统被关注，如太阳能电池、介质电容器、电化学电容器、锂空气电池等，这些产品由于成本低廉、原材料环保、可循环多次使用、体积小质量轻等优点而被深入研究且迅速发展。其中介质电容器由于有超高的功率密度且易于小型化，在火箭推进系统、电动汽车、便携电子设备、心脏除颤器等领域得到了新的应用，但由于储能密度低而限制了他的进一步实际应用。介质电容器一般分为聚合物电容器和陶瓷电容器，陶瓷电容器因其制备方便且具有超快的充放电时间(＜1ms)而被广泛研究。目前铅基陶瓷由于具有准同行晶界(MPB)仍是优异储能性能的代表，但铅元素会造成环境、人类健康的损害，开发高性能无铅系统成为迫切需求。

Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)因其良好的压电效应和电致伸缩性，是铅基铁电陶瓷良好的替代品，自20世纪60年代发现以来一直受到广泛的研究。然而纯的BNT陶瓷有大的剩余极化(P_r)(～32μC/cm²)影响了其能量储存效率，可通过掺杂改性降低其P_r，掺杂的物质可以是线性电介质、铁电体也可以是反铁电体。同时陶瓷中晶粒的尺寸也直接影响了其击穿强度(E_b)，通常引入合适的元素可以有效地降低陶瓷的烧结温度并减小晶粒尺寸，使得击穿强度提高。同时具有低剩余极化、高最大极化和高击穿强度的陶瓷能够表现出高的储能密度和储能效率，这种材料则具有良好的储能应用潜力。

发明内容

本发明目的在于提供一种Sm³⁺和NaNbO₃共同修饰钛酸铋钠基铁电陶瓷材料及其制备方法，以克服现有技术存在的钛酸铋钠基陶瓷剩余极化强度高，击穿强度低，从而导致其电学性能不理想的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种Sm³⁺和NaNbO₃共同修饰钛酸铋钠基铁电陶瓷，所述陶瓷材料的组分及含量为:1-x(0.85Bi_0.5Na_0.5TiO₃-0.15Ba_0.94Sm_0.06TiO₃)-xNaNbO₃，其中0≤x≤0.16。

一种Sm³⁺和NaNbO₃共同修饰钛酸铋钠基铁电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：