[发明专利]一种高储能密度叠层薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高储能密度叠层薄膜，由BMZ层和BZT层构成，总厚度在150‑250nm之间；BMZ层和BZT层的总层数为6层，BMZ层为2‑4层，BZT层为2‑4层，其中BMZ代表Bi(Mg_0.5Zr_0.5)O₃；BZT代表Ba(Zr_0.25Ti_0.75)O₃。该叠层薄膜的结构多样化，且储能密度可以达到80J/cm³以上，且制备原料无毒、价格低廉、制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及储能电介质薄膜材料及其制备技术领域，涉及一种高储能密度叠层薄膜及其制备方法。

背景技术

储能电介质薄膜材料是指在电容器中作为一种介质材料并完成储存电荷和散热功能的薄膜材料。储能电介质薄膜作为一种新型介质材料，具有更高的储能密度，可以使许多需要轻量化、小型化、和易于集成的应用受益。

近几十年来，双向取向聚丙烯(BOPP)电容器已被广泛用作大功率电容器，但在一些应用领域，如深井钻井和航空航天行业，它们正遭受到了许多替代产品的挑战，这是因为聚合物材料的温度稳定性不好，其击穿强度会随着温度的升高而急剧下降，使得其制成的电子设备需要在低温环境(＜150℃)下工作。相反，陶瓷与聚合物相比拥有更高的极化和更好的热稳定性，但其击穿强度通常较低。部分原因是因为介电常数与击穿强度呈负相关的关系，介电常数越高，击穿强度越低。在近来的研究中，陶瓷材料又引申出了陶瓷薄膜(薄膜)材料，因为相比于陶瓷，薄膜的尺寸更小，其致密度更高，从结构上而言更有助于提升材料的耐击穿强度和储能性能。

目前，研究得最多的铁电薄膜材料主要是钛酸钡(BaTiO₃)材料，但常规钛酸钡薄膜的电滞回线非常肿胖，不仅剩余极化大，且介电损耗大，储能密度和储能效率都非常低，这不利于它在能量存储器件中进行应用。而叠层技术可以作为一种有效的方法结合其他材料从而提升钛酸钡薄膜的储能密度。目前报道的叠层薄膜多为交替或三明治结构，例如3(BT/ST)、BT/ST/BT等等，但其储能密度不算高，在40J/cm³左右，叠层结构也比较单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高储能密度叠层薄膜及其制备方法，该叠层薄膜的结构多样化，且储能密度可达80J/cm³以上，且制备原料无毒、价格低廉、制备工艺简单。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种高储能密度叠层薄膜，由BMZ层和BZT层构成，总厚度在150-250nm之间；BMZ层和BZT层的总层数为6层，BMZ层为2-4层，BZT层为2-4层；其中BMZ代表Bi(Mg_0.5Zr_0.5)O₃；BZT代表Ba(Zr_0.25Ti_0.75)O₃。

优选地，上述叠层储能薄膜为BMZ3/BZT3、BMZ/BZT/BMZ/BZT/BMZ/BZT、BZT2/BMZ2/BZT2、BMZ1/BZT4/BMZ1叠层薄膜，其中数字代表层数。具体地，BMZ3/BZT3代表所述叠层储能薄膜的结构上依次由三层BMZ和三层BZT复合而成；BMZ/BZT/BMZ/BZT/BMZ/BZT代表所述叠层储能薄膜由三层BMZ和三层BZT交替复合而成；BZT2/BMZ2/BZT2代表所述叠层储能薄膜依次由两层BZT和两层BMZ、两层BZT复合而成；BMZ1/BZT4/BMZ1所述叠层储能薄膜依次由一层BMZ和四层BZT、一层BMZ复合而成。