[发明专利]一种高熵焦绿石介电陶瓷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种高熵焦绿石介电陶瓷材料及其制备方法与应用，所述高熵焦绿石介电陶瓷材料的化学式为Bi_1.5+xLa_0.5Ti_0.5Zr_0.5Hf_0.5Sn_0.5O₇，其中，0.045≤x≤0.15。发明人发现，具有该化学式的高熵焦绿石介电陶瓷材料同时具备线性电介质中较高的介电常数和较为优异的介电储能性能；而且，该高熵焦绿石介电陶瓷材料具有制备工艺简单的优点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于介电储能陶瓷材料领域，具体涉及一种高熵焦绿石介电陶瓷材料及其制备方法与应用。

背景技术

高性能的电子元器件对促进电子电气和电子信息技术的发展以及未来的小型化，微型化以及集成化有着重要的促进作用，而电容器作为重要的一环，在近几十年来一直是研究的热点与重点。其具有的极高功率密度，高工作电压等特点不仅使其在电子电路系统中有着重要应用，而且作为脉冲功率技术中的核心储能元件，一直是传统的电化学储能方式(电池)所无法替代的。但是，受制于其尺寸以及现有的性能，电容器的发展已经到达了瓶颈。比如，在能量存储方面，商用的聚合物薄膜电容器储能密度仅能达到0.5J/cm³，而脉冲相关的电源动则需要在瞬间释放兆瓦乃至更高的能量，使得相关脉冲能源的小型化迟迟得不到解决，限制了相关应用，比如电磁脉冲武器的发展。对此，探索新的材料体系势在必行。

介电陶瓷材料的储能与效率，极化，以及击穿强度相关。适合储能的介电陶瓷材料需要高的击穿，大的极化以及高的效率。线性介电陶瓷材料具有较低的介电常数，导致极化较低，但是其具有高的储能效率的优点，使得其仍然在储能方向有着一定的应用前景。而Bi₂Ti₂O₇作为线性介电陶瓷材料的一种，其具有相对较高的介电常数，使得极化相对较大，也就是说，Bi₂Ti₂O₇具有比其它线性介电陶瓷材料更高的极化，有利于储能方向的研究，具有重要的研究意义。然而，由于使用化学法合成Bi₂Ti₂O₇的产量较低且操作普遍复杂，而使用传统固相烧结制备纯相Bi₂Ti₂O₇较为困难，极易出现大量的层状钙钛矿杂相，使得该材料相关性能的块体研究一直进展缓慢。

因此，有必要对现有的介电储能陶瓷材料进行改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为改善上述技术问题，本发明提供一种高熵焦绿石介电陶瓷材料，所述高熵焦绿石介电陶瓷材料的化学式为Bi_1.5+xLa_0.5Ti_0.5Zr_0.5Hf_0.5Sn_0.5O₇，其中，0.045≤x≤0.15。发明人发现，具有上述化学式的高熵焦绿石介电陶瓷材料同时具备线性电介质中较高的介电常数和较为优异的介电储能性能；而且，该高熵焦绿石介电陶瓷材料具有制备工艺简单的优点，具有广泛的应用前景。

本发明还提供一种制备前文所述的高熵焦绿石介电陶瓷材料的方法，所述方法包括：

(1)按照高熵焦绿石介电陶瓷材料的化学计量比，称取Bi₂O₃、La₂O₃、TiO₂、ZrO₂、SnO₂和HfO₂，进行球磨，形成混料；

(2)将所述混料进行预烧，生成半成相前驱体；

(3)在所述半成相前驱体中加入粘结剂，研磨，进行压片，形成片状样品；