PMN-PT弛豫型鐵電材料的制備及其儲能行為的研究
發(fā)布時間：2021-08-12 16:03
弛豫型鐵電體具有介電常數(shù)高、損耗低、介電可調(diào)且溫度適應(yīng)性好等特點，是制備高功率大密度電容器的理想材料。本論文以PMN-PT弛豫型鐵電體為研究對象，制備了厚膜與陶瓷儲能材料，研究了燒結(jié)工藝、組分和燒結(jié)助劑對上述儲能材料的物相成分、微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能、介電性能以及儲能行為的影響。 首先，采用Swart-Shrout兩步法合成了PMN-PT預(yù)燒粉體，其制備流程為：第一步，1100℃-4h合成先驅(qū)體MgNb2O6；第二步，850℃-2h合成復(fù)合鈣鈦礦相Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3。 然后，在氧化鋁基片上采用絲網(wǎng)印刷工藝制備出PMN-PT厚膜材料，當采用燒結(jié)工藝850℃-2h獲得的0.9PMN-0.1PT厚膜在擊穿場強為520kV/cm時，儲能密度為1.4cm3，儲能效率為22.7%。在此基礎(chǔ)上，對厚膜進行了組分調(diào)節(jié)和摻雜燒結(jié)助劑實驗。實驗結(jié)果表明：改變PMN和PT組比例，儲能密度隨著PT在PMN中含量減小而提高；摻入氧化鉛能夠提高厚膜的致密度并補償鉛揮發(fā)，使得材料耐擊穿場強度增加，最終提高了厚膜的儲能性能；當氧化鉛摻入含量為3wt%時，厚膜獲得最高儲能密度1.9J/cm3(場強700kV/cm)，對比未摻雜時提高45.8%；同時儲能效率從未摻雜時的25.7%(場強500kV/cm)提高到了25.8%(場強700kV/cm)。 最后，采用固相反應(yīng)法制備了PMN-PT儲能陶瓷，通過對陶瓷燒結(jié)工藝優(yōu)化實驗研究發(fā)現(xiàn)：燒結(jié)條件1225℃-2h獲得的0.9PMN-0.1PT陶瓷材料在擊穿場強為80kV/cm時，儲能密度為0.5J/cm3，，儲能效率為45.8%。調(diào)節(jié)儲能陶瓷中PMN和PT比例的實驗結(jié)果表明儲能密度和儲能效率變化規(guī)律與厚膜材料所獲得規(guī)律一致，PT在PMN-PT中含量的降低引起了材料中儲能密度先上升而后下降，而儲能效率不斷上升。當電場強度為80kV/cm時，0.96PMN-0.04PT陶瓷材料儲能密度最高，為0.8J/cm3，儲能效率為70.3%。摻入PbO-B2O3-SiO2-ZnO玻璃粉并未提高0.96PMN-0.04PT陶瓷的儲能密度，這可能是該玻璃粉液相燒結(jié)雖然促進陶瓷內(nèi)部氣孔排除、致密化，但同時使陶瓷出現(xiàn)了第二相，導致材料的飽和極化迅速下降的緣故。
本文編號：2145657
內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古自治區(qū)
頁數(shù)：83
【學位級別】：碩士
文章目錄
摘要
Abstract
引言
1 文獻綜述
1.1 儲能電容器
1.1.1 儲能電容器原理及儲能密度
1.1.2 提高儲能密度的方式
1.2 高儲能密度介電材料研究現(xiàn)狀
1.2.1 反鐵電體材料
1.2.2 弛豫型鐵電體材料
1.2.3 玻璃陶瓷材料
1.2.4 聚合物介電材料
1.3 PMN-PT基弛豫型鐵電體
1.3.1 PMN-PT弛豫型鐵電體的研究發(fā)展
1.3.2 PMN-PT弛豫型鐵電體的結(jié)構(gòu)
1.3.3 PMN-PT弛豫型鐵電體的性質(zhì)
1.3.4 PMN-PT弛豫型鐵電體的應(yīng)用
1.4 本論文研究意義及研究內(nèi)容
1.4.1 研究意義
1.4.2 研究內(nèi)容
2 PMN-PT厚膜與陶瓷的制備及表征測試
2.1 前言
2.2 實驗部分
2.2.1 原料與儀器
2.2.2 PMN-PT粉體合成
2.2.3 厚膜的制備
2.2.4 陶瓷的制備
2.3 弛豫型鐵電體材料的表征
2.3.1 物相分析
2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
2.3.3 介電性能測試
2.3.4 鐵電性能測試及儲能行為的計算
3 PMN-PT粉體制備工藝的優(yōu)化
3.1 前言
3.2 先驅(qū)體MgNb_2O_6合成
3.3 PMN-PT粉體制備優(yōu)化
3.3.1 PMN-PT粉體的物相測試
3.3.2 PMN-PT粉體所制備厚膜的物相測試
3.3.3 PMN-PT粉體所制備厚膜的微觀結(jié)構(gòu)表征
3.3.4 PMN-PT粉體所制備厚膜的鐵電與介電性能測試
3.3.5 PMN-PT粉體所制備厚膜的儲能行為研究
3.4 小結(jié)
4 PMN-PT厚膜的儲能行為研究
4.1 前言
4.2 燒結(jié)工藝對厚膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響
4.2.1 物相測試
4.2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
4.2.3 鐵電與介電性能測試
4.2.4 儲能行為研究
4.3 組分對厚膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響
4.3.1 物相測試
4.3.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
4.3.3 鐵電與介電性能測試
4.3.4 儲能行為研究
4.4 燒結(jié)助劑氧化鉛對厚膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響
4.4.1 物相測試
4.4.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
4.4.3 鐵電與介電性能測試
4.4.4 儲能行為研究
4.5 小結(jié)
5 PMN-PT陶瓷的儲能行為研究
5.1 前言
5.2 燒結(jié)工藝對陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的影響
5.2.1 物相測試
5.2.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
5.2.3 鐵電與介電性能測試
5.2.4 儲能行為研究
5.3 組分對陶瓷的結(jié)構(gòu)和儲能性能的影響
5.3.1 物相測試
5.3.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
5.3.3 鐵電與介電性能測試
5.3.4 儲能行為研究
5.4 燒結(jié)助劑玻璃粉對陶瓷的結(jié)構(gòu)和儲能性能的影響
5.4.1 物相測試
5.4.2 微觀結(jié)構(gòu)表征
5.4.3 鐵電與介電性能測試
5.4.4 儲能行為研究
5.5 小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
在學研究成果
致謝
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本文編號：2145657
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