發(fā)布時(shí)間：2018-06-07 02:22

  本文選題：鈦酸鍶鋇 + 儲(chǔ)能密度�。� 參考：《景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院》2015年碩士論文

【摘要】：鈦酸鍶鋇BST)是BaTiO3和SrTiO3的無(wú)限固溶體,具有AB03型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著Ba摻雜量x從0到1變化,BST陶瓷從立方順電相的SrTiO3轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆借F電相的BaTiO3,其居里溫度可以從接近絕對(duì)零度至120℃之間調(diào)節(jié),從而具有不同的介電性能滿足不同的應(yīng)用要求。當(dāng)0≤x≤0.4時(shí),BST陶瓷的居里溫度遠(yuǎn)低于室溫,因此其在室溫下為立方順電相,可近似認(rèn)為是線性電介質(zhì),是固態(tài)儲(chǔ)能介質(zhì)材料理想的候選體系之一。本文首先選取BaxSr1-xTiO3(BST,x≤0.4)陶瓷為對(duì)象,研究了不同x值對(duì)陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能和儲(chǔ)能特性的影響規(guī)律,重點(diǎn)優(yōu)化了BST陶瓷在高電場(chǎng)作用下儲(chǔ)能密度和能量效率之間的關(guān)系。結(jié)果表明：BST陶瓷在室溫下均為純的立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),陶瓷晶粒尺寸大小為幾至十幾微米,且微觀結(jié)構(gòu)致密；隨著x值的增大,BST陶瓷的居里溫度逐漸向高溫方向移動(dòng),但均遠(yuǎn)低于室溫;在給定的電場(chǎng)下,隨著x值的增大,BST陶瓷的儲(chǔ)能密度逐漸增加,而能量效率逐漸減小。室溫下Bao.3Sro.7TiO3陶瓷具備較高介電常數(shù)(εr=650@1kHz)和非常低的介電損耗(tanδ=7.6×10-4@1kHz),當(dāng)外加電場(chǎng)為90kV/cm時(shí),Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷具有優(yōu)化的儲(chǔ)能密度(γ=0.23J/cm3)和能量效率(11=95.7%),更適合于固體脈沖功率儲(chǔ)能應(yīng)用。其次,選取BaxSr1-xTiO3(x=0.3,0.4)陶瓷為基體,采用BBS熔塊對(duì)其進(jìn)行降溫?zé)Y(jié),研究了熔塊添加量對(duì)陶瓷的相結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能以及儲(chǔ)能特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：BBS熔塊的添加能夠使陶瓷的燒結(jié)溫度從1350℃降低至1150℃。與此同時(shí),BBS熔塊的添加使得陶瓷中出現(xiàn)雜相2CaO·SiO2和3CaO·SiO2,且細(xì)化了晶粒尺寸,提高了陶瓷致密度,改善了陶瓷的耐壓強(qiáng)度。當(dāng)所加電場(chǎng)為135kV/cm時(shí),Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷儲(chǔ)能密度為0.4724J/cm3,是純Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷的1.17倍；當(dāng)所加電場(chǎng)為110kV/cm時(shí),Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷儲(chǔ)能密度為0.3977J/cm3,是純Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的1.26倍。特別地,BBS熔塊的添加能夠顯著降低陶瓷在高溫條件下的介電損耗,當(dāng)BBS熔塊添加量為4wt%時(shí),Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷在220℃時(shí)的介電損耗仍然小于0.05,而Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷介電損耗小于0.05的溫度則達(dá)到250℃。因此,BBS熔塊的摻雜拓展了BST儲(chǔ)能陶瓷在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。最后,仍然選取BaxSr1-xTiO3(其中x=0.3,0.4)陶瓷為基體,進(jìn)一步改進(jìn)熔塊的配方組成,在BBS熔塊配方基礎(chǔ)上添加了A1203和Zr02網(wǎng)絡(luò)中間體,制成BBSZ熔塊,研究了BBSZ熔塊添加量對(duì)陶瓷的相結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能以及儲(chǔ)能特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：BBSZ熔塊的添加同樣在1150℃下實(shí)現(xiàn)了陶瓷的燒結(jié),且陶瓷中出現(xiàn)第二相3CaO·SiO2,陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)大晶粒與小晶粒交錯(cuò)緊密結(jié)合特征。BBSZ熔塊摻雜對(duì)提高陶瓷耐壓強(qiáng)度較BBS熔塊摻雜更為顯著,這可能是熔塊中引入網(wǎng)絡(luò)中間體的緣故。當(dāng)所加電場(chǎng)為160kV/cm時(shí),Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷儲(chǔ)能密度為0.6337J/cm3,是純Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷的1.57倍,當(dāng)所加電場(chǎng)為130kV/cm時(shí),Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷儲(chǔ)能密度為0.5044J/cm3,是純Ba0.4Sr0.6TiO3陶瓷的1.59倍。BBSZ熔塊同樣能夠顯著降低陶瓷的高溫介電損耗,當(dāng)BBSZ熔塊添加量為4wt%時(shí),Ba0.4Sr0.6TiO3和Ba0.3Sr0.7TiO3陶瓷介電損耗小于0.05的溫度分別能夠達(dá)到260℃和300℃,顯示了該陶瓷在高溫儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的巨大潛在價(jià)值。
[Abstract]:Barium strontium titanate BST is an infinite solid solution of BaTiO3 and SrTiO3 with AB03 perovskite structure. As Ba doping x changes from 0 to 1, BST ceramics from cubic CIS phase SrTiO3 to tetragonal ferroelectric phase BaTiO3, and the Curie temperature can be transferred from near absolute zero to 120 C, thus different dielectric properties can be different. Application requirements. When 0 < < x > 0.4, the Curie temperature of BST ceramics is much lower than that of room temperature. Therefore, it is a cubic paraelectric phase at room temperature. It can be considered as a linear dielectric. It is one of the ideal candidate systems for solid state energy storage materials. This paper first selected BaxSr1-xTiO3 (BST, x < 0.4) ceramics as the object, and studied the structure of ceramic phase with different x values. The relationship between the microstructure, dielectric properties and energy storage characteristics, the relationship between the energy storage density and energy efficiency of BST ceramics under high electric field is optimized. The results show that BST ceramics are pure cubic perovskite structure at room temperature, the size of the ceramics is a few to ten microns, and the microstructure is compact, with the x value. The Curie temperature of BST ceramics moves towards high temperature, but it is far lower than room temperature. Under the given electric field, with the increase of x value, the energy storage density of BST ceramics increases gradually, while the energy efficiency decreases gradually. The Bao.3Sro.7TiO3 ceramics at room temperature have higher dielectric constant (E r=650@1kHz) and very low dielectric loss (tan delta =7.6 x 10-4@). 1kHz), when the applied electric field is 90kV/cm, the Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramics have an optimized energy storage density (gamma =0.23J/cm3) and energy efficiency (11=95.7%), which is more suitable for the application of solid pulse power storage. Secondly, BaxSr1-xTiO3 (x=0.3,0.4) ceramics are selected as the matrix, and BBS melt blocks are used to reduce the temperature and sintering of the ceramics, and the phase junction of the fuses added to the ceramics is studied. The effect of microstructure, microstructure, dielectric properties and energy storage characteristics shows that the addition of BBS fusion can reduce the sintering temperature of the ceramic to 1150 degrees C from 1350 to 1150. Meanwhile, the addition of the BBS melting block makes the ceramics appear 2CaO / SiO2 and 3CaO. The grain size is refined, the density of ceramics is improved and the ceramics are improved. When the electric field is 135kV/cm, the energy density of the Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramic is 0.4724J/cm3, which is 1.17 times that of the pure Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramic. When the electric field is 110kV/cm, the density of the Ba0.4Sr0.6TiO3 ceramic energy is 0.3977J/cm3, which is 1.26 times that of the pure Ba0.4Sr0.6TiO3 ceramics. In particular, the addition of the BBS frit can significantly reduce the pottery. When the dielectric loss of porcelain is at high temperature, when the amount of BBS fusion is 4wt%, the dielectric loss of Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramics at 220 C is still less than 0.05, while the dielectric loss of Ba0.4Sr0.6TiO3 ceramics is less than 0.05. Therefore, the doping of BBS frit expands the application of BST energy storage ceramics in the field of high temperature. Finally, Bax is selected as Bax. Sr1-xTiO3 (x=0.3,0.4) ceramic is the matrix to further improve the composition of the frit. On the basis of the BBS frit formula, a A1203 and Zr02 network intermediate is added to make a BBSZ fuse. The effect of the addition amount of the BBSZ frit on the phase structure, microstructure, dielectric properties and energy storage characteristics of the ceramics is studied. The results show that the BBSZ fuse is in the form of BBSZ frit. The addition of the ceramic in the same way at 1150 C, and the second phase 3CaO. SiO2 appears in the ceramics. The microstructure of the ceramics shows the interlacing characteristic of the large grain and the small grain. The doping of the.BBSZ frit is more significant than the BBS frit. This may be the cause of the introduction of the network intermediate in the melting pot. When the field is 160kV/cm, the energy density of Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramics is 0.6337J/cm3, which is 1.57 times that of pure Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramics. When the electric field is 130kV/cm, the density of Ba0.4Sr0.6TiO3 ceramic energy is 0.5044J/cm3, and the 1.59 times.BBSZ frit of pure Ba0.4Sr0.6TiO3 ceramics can also significantly reduce the dielectric loss of ceramics at high temperature, when BBSZ fusion is added. When the volume is 4wt%, the dielectric loss of Ba0.4Sr0.6TiO3 and Ba0.3Sr0.7TiO3 ceramics is less than 0.05, and the temperature can reach 260 C and 300 C, which shows the great potential value of the ceramic in the application field of high temperature energy storage.
【學(xué)位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ174.1

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本文編號(hào)：1989279