PbZrO_3(PZ)是一種鉛基反鐵電材料,因其具有高介電常數(shù)、電致相轉(zhuǎn)變、相變后的高極化值和高居里溫度而得到廣泛的關(guān)注和研究。再加上可調(diào)的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)和介電可調(diào)性,PZ基反鐵電材料得到廣泛的關(guān)注,并因為其優(yōu)異的儲能性能而被廣泛開發(fā)和應(yīng)用于儲能電容器件中。本文采用流延法來制備PZ和PZ基反鐵電陶瓷,研究了PZ陶瓷的介電性能和儲能行為,不同摻雜離子及不同摻雜含量對PZ基反鐵電陶瓷儲能性的影響,旨在制備得到具有高儲能性的高品質(zhì)介電陶瓷材料。同時也全面研究了不同摻雜離子和不同摻雜離子含量對PZ基反鐵電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電性能和耐擊穿性的影響。首先研究了PbZrO_3,通過流延法制備得到高品質(zhì)陶瓷。研究發(fā)現(xiàn),PZ陶瓷的正、反向相轉(zhuǎn)變場強(qiáng)E_(AFE-FE)和E_(FE-AFE)分別為225 kV/cm和165 kV/cm,擊穿強(qiáng)度為272kV/cm。介電常數(shù)為210,介電損耗小于0.1。結(jié)果,通過電滯回線計算,在該陶瓷中得到的最高儲能密度值為6.7 J/cm~3,對應(yīng)儲能效率為71.7%。通過脈沖放電直接測試計算,該陶瓷的最高儲能密度值為4.45 J/cm~3,釋放90%總儲能密度的時間t_(90)為216 ns。然后研究了(Pb_(1-x)La_x)(Zr_(0.98)Ti_(0.02))O_3(x=0.02,0.04,0.06),通過流延法制備得到高品質(zhì)陶瓷。通過調(diào)節(jié)組分中La~(3+)的離子摻雜量來提高陶瓷正交反鐵電相的穩(wěn)定性,從而,在穩(wěn)定飽和極化值的同時提升陶瓷的正、反向相轉(zhuǎn)變場強(qiáng)和降低他們之間的差值。同時,適量的La~(3+)摻雜會提升陶瓷的擊穿場強(qiáng)值。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)La~(3+)摻雜量為0.04 mol%時,陶瓷的正、反向相轉(zhuǎn)變場強(qiáng)E_(AFE-FE)和E_(FE-AFE)分別為300 kV/cm和260kV/cm,擊穿強(qiáng)度為345 kV/cm。并且此陶瓷的介電常數(shù)為700,介電損耗小于0.03。結(jié)果,通過電滯回線計算,在該陶瓷中得到的最高儲能密度為9.84 J/cm~3,儲能效率高達(dá)82.2%。通過脈沖放電直接測試計算,在310 kV/cm場強(qiáng)下,該陶瓷得到的最高儲能密度值為5.28 J/cm~3,釋放90%總儲能密度的時間t_(90)為125 ns。最后研究了(Pb_(0.96)La_(0.04))(Zr_(1-y)Ti_y)O_3(y=0.01,0.02,0.03,0.04,0.05),通過流延法制備得到高品質(zhì)陶瓷。通過調(diào)控組分中Ti~(4+)的離子摻雜量來提高陶瓷正交反鐵電相的穩(wěn)定性,從而,在穩(wěn)定飽和極化值的前提下,提升陶瓷的正、反向相轉(zhuǎn)變場強(qiáng)。同時,適量的Ti~(4+)摻雜會提升陶瓷的擊穿場強(qiáng)值。研究發(fā)現(xiàn)在Ti~(4+)摻雜量為0.01 mol%時,陶瓷的擊穿強(qiáng)度為413 kV/cm,較Ti~(4+)為0.02 mol%的陶瓷,其擊穿強(qiáng)度提升了19.7%。在場強(qiáng)為395 kV/cm時,陶瓷的正、反向相轉(zhuǎn)變場強(qiáng)E_(AFE-FE)和E_(FE-AFE)分別為300 kV/cm和260 kV/cm。結(jié)果,通過電滯回線計算,在395 kV/cm場強(qiáng)下,此陶瓷的最高儲能密度值高達(dá)11.38 J/cm~3,儲能效率為79.2%。通過脈沖放電直接測試計算,在350 kV/cm場強(qiáng)下,該陶瓷的儲能密度值為6.19 J/cm~3,釋放90%總儲能密度的時間為70 ns。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ174.75;TM53
【部分圖文】：

徑較大的低價陽離子，它與 O2-陰離子共同按照面心陽離子，其處于氧八面體的體心位置，配位數(shù)為 ABO3晶格中，A、B 及 O2-存在以下的容忍因子關(guān)系式2()BOR+RB、RO 分別代表上述三個離子的離子半徑。然而，于 O2-離子具有一定的偏差，B 離子也不是與 6 個能小。所以存在容忍因子 t，t 的取值范圍代表了為[66]：2()BOR+R

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文調(diào)控介電、相變場強(qiáng)及 P-E 圖形等，可以得到具有高儲能性ZrTi)O3（PLZT）為典型，如圖 1.2 所示，高 Zr 含量（>90%）很小，但因為在該相區(qū)范圍內(nèi)的正交反鐵電相與電場誘導(dǎo)轉(zhuǎn)差大，所以該相區(qū)內(nèi)反鐵電體材料的相轉(zhuǎn)變電場很高[28]；由雜可以擴(kuò)大高鋯 PZT 材料的正交反鐵電相區(qū)，根據(jù)容忍因子交反鐵電相在電場中的穩(wěn)定性，從而提高反鐵電體的相轉(zhuǎn)變可以看到，調(diào)節(jié) Ti4+的含量同樣可以調(diào)節(jié)反鐵電相的位置。綜 Ti4+的摻雜含量來提高高 Zr 含量 PLZT 組分陶瓷的反鐵電相耐擊穿強(qiáng)度、高儲能密度和高儲能效率的電容器介電層材料。

圖 2.1 擊穿場強(qiáng)統(tǒng)計與擬合示意圖材料儲能性的計算有兩種方式：一是通過對 PremierⅡ型回線圖積分計算所得，其主要包括儲能密度（Wrec）和儲所搭建的直接測試系統(tǒng)搜集儲能材料內(nèi)由電能轉(zhuǎn)換為焦稱之為直接測試法。通過對反鐵電材料的電滯回線圖積分計算得到的儲能密公式為[77]： maxpprEdP

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本文編號：2816854