[发明专利]一种异质叠层结构铅基反铁电陶瓷及其制备与应用

说明书

本发明涉及电子功能材料与器件技术领域，尤其是涉及一种异质叠层结构铅基反铁电陶瓷及其制备与应用。本发明的异质叠层结构铅基反铁电陶瓷由铅基反铁电材料和铅基铁电材料组成；所述铅基反铁电材料的化学组成为(Pbsubgt;0.875/subgt;Lasubgt;0.05/subgt;Srsubgt;0.05/subgt;)(Zrsubgt;0.695/subgt;Snsubgt;0.3/subgt;Tisubgt;0.005/subgt;)Osubgt;3/subgt;，所述铅基铁电材料的化学组成为Pbsubgt;0.99/subgt;(Nbsubgt;0.75/subgt;Tasubgt;0.25/subgt;)subgt;0.2/subgt;(Zrsubgt;0.9/subgt;Snsubgt;0.1/subgt;)subgt;0.8/subgt;Osubgt;3/subgt;。本发明所涉及的铅基反铁电陶瓷，由异质叠层构成，可针对不同应用需求，通过不同异质叠层的组合实现相转变电场大小的调控，具有在低电场下高的饱和极化和低的剩余极化特点，可获得相对较高的储能密度。

技术领域

本发明涉及电子功能材料与器件技术领域，尤其是涉及一种异质叠层结构铅基反铁电陶瓷及其制备与应用。

背景技术

随着世界人口的不断增长和全球经济的发展，全球能源消耗正在高速增长，能源危机已经成为了笼罩全球的世界性难题。将可再生能源转换为其他形式是一个很好的解决方案，其中高效可靠的电能存储解决方案是有效的关键。在众多的储能器件(超级电容器、燃料电池和介电电容器)中,介电储能电容器具有充放电速度快和功率密度高等优点，因此更适用于制作脉冲功率系统中的电子储能元器件。

目前主要研究的介质储能材料主要集中在线性材料、铁电材料和反铁电材料。其中，线性介材料因其低的饱和极化而导致其储能密度较低；铁电材料一般具有较高的饱和极化，但其剩余极化较高，从而导致其储能密度较低；反铁电陶瓷材料具有几乎为零的剩余极化和电场诱导下的反铁电-铁电相变电场，尽管可以通过提高击穿电场保证相变在被击穿之前发生，从而获得高的储能密度，但它们通常忽略了在较高电场下电介质击穿的风险增加。介电材料的可释放储能密度(W_rec)可由下述公式计算：其中，E代表电场强度，P代表极化强度，P_r和P_max代表剩余极化和饱和极化。如何在低电场下将极化差值(P_max-P_r)最大化以实现高储能密度是更加行之有效的方法。

铅基电介质材料是一类典型的钙钛矿型材料，由于具有低成本和宽烧结温度，在介电储能电容器方面的应用具有更大的潜力，更适用于制作脉冲功率系统中的电子元器件。目前对铅基电介质材料储能性能的优化主要是通过工艺和掺杂改性等方面。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种异质叠层结构铅基反铁电陶瓷及其制备与应用，铁电(FE)材料的加入降低了异质叠层结构反铁电(AFE)陶瓷的相变电场，不同组合方式的异质叠层结构的反铁电材料具有不同的相变电场，并且得到的异质叠层结构铅基反铁电陶瓷材料仍具有高的饱和极化和低的剩余极化等特点，从而有利于在低点场下实现了较高的储能密度。