隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展,各種電子器件均向著小型化發(fā)展,陶瓷電容器作為脈沖脈沖功率技術(shù)中的儲(chǔ)能電介質(zhì),它的儲(chǔ)能密度限制了脈沖功率技術(shù)的小型化應(yīng)用,如何提高陶瓷電容器的儲(chǔ)能密度是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。本文采用溶膠-共沉淀法將高耐壓材料9B₂O₃-13Al₂O₃-78SiO₂（BAS）、2MgO-2Al₂O₃-5SiO₂（MAS）均勻的包覆在SrTiO₃（ST）、Ba_0.4Sr_0.6TiO₃（BST）顆粒表面,通過(guò)一步燒結(jié)法煅燒成陶瓷,旨在獲得高耐電場(chǎng)強(qiáng)度、高儲(chǔ)能密度及高儲(chǔ)能效率的細(xì)晶粒SrTiO₃基陶瓷,并研究了不同包覆量的BAS和MAS對(duì)陶瓷燒結(jié)性能、顯微結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)能性能的影響。采用溶膠-共沉淀法成功的將BAS均勻包覆在ST顆粒表面,通過(guò)一步燒結(jié)法制得ST-xwt%BAS（x=0;1;2;3;4;6;8;10）... 

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介電常數(shù)與極化強(qiáng)度與外加電場(chǎng)的關(guān)系(a)順電體材料；(b)鐵電體材料；(c)反鐵電體材料

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3其中：C為電容量(F)，d為樣品兩端電極之間厚度(m)，A為電極面積(m2)。圖1-2板狀電容器工作原理示意圖Fig.1-2Schematicdrawingofprincipleofoperationofplatecapacitor介電材料的極化方式有三種，分別是位移式極化、極性分子的轉(zhuǎn)向極化和空間電荷極化，其極化響應(yīng)時(shí)間依次增大。位移式極化。位移式極化分為電子位移極化和離子位移極化，電子位移極化的響應(yīng)時(shí)間約為10-14s~10-16s，極化時(shí)間極短，無(wú)能量損耗且不受溫度與外加電場(chǎng)頻率的影響，所有介電材料內(nèi)部均存在這種極化；離子位移極化的響應(yīng)時(shí)間約為10-12s~10-14s，這種極化與溫度無(wú)關(guān)，受外加電場(chǎng)頻率的影響。極性分子轉(zhuǎn)向極化。在外加電場(chǎng)的作用下介電材料材料內(nèi)部的極性分子沿著電場(chǎng)方向定向排列，從而產(chǎn)生極化。極性分子轉(zhuǎn)向極化的響應(yīng)時(shí)間約為10-6s~10-2s，受溫度和外加電場(chǎng)頻率的影響�？臻g電荷極化。介電材料內(nèi)部往往會(huì)存在各種缺陷或者界面，在外加電場(chǎng)作用下，電荷會(huì)在這些區(qū)域聚集，從而產(chǎn)生極化�？臻g電荷極化的響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，從數(shù)秒到數(shù)百秒不等，同時(shí)也受溫度和外加電場(chǎng)頻率的影響。介電材料在極化的過(guò)程中總會(huì)有一部分電能以熱能形式被損耗。單位時(shí)間內(nèi)這種損耗所消耗的能量即為介電損耗(tanθ)。對(duì)陶瓷材料而言，除了材料組成、結(jié)構(gòu)等本征因素以外，陶瓷的致密度以及其結(jié)構(gòu)均勻性等非本征因素也會(huì)對(duì)其介電損耗產(chǎn)生影響。對(duì)于儲(chǔ)能陶瓷而言，均勻致密的微觀(guān)結(jié)構(gòu)能有效降低陶瓷樣品的介電損耗，減小電能損耗。1.2.2臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度(DielectricBreakdownstrength)指的是陶瓷樣品最大耐電

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文5其中P是陶瓷樣品在外加電場(chǎng)下的極化強(qiáng)度。對(duì)陶瓷樣品而言，0E遠(yuǎn)小于P，即D≈P。因此，陶瓷樣品的儲(chǔ)能密度也可以由公式(1-6)計(jì)算：J=0PmaxEdP=0Emaxε0εrEdE(1-6)其中：r為陶瓷材料的相對(duì)介電常數(shù)，0為真空介電常數(shù)(8.85×10-12F/m)。由以上公式可知，陶瓷樣品的最大極化強(qiáng)度越高、臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度越大以及儲(chǔ)能效率越高，樣品的有效儲(chǔ)能密度越大。圖1-3陶瓷樣品的P-E曲線(xiàn)Fig.1-3TheP-Eloopofceramicsample1.3鈦酸鍶儲(chǔ)能陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能鈦酸鍶是典型的立方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3型結(jié)構(gòu))，圖1-4是鈦酸鍶材料的晶體結(jié)構(gòu)[15]，Sr2+位于晶胞頂角處，O2-處于晶胞面心位置，Ti4+位于晶胞體心位置，Ti4+和O2-構(gòu)成[TiO6]八面體。鈦酸鍶陶瓷具有中等大小的介電常數(shù)(~340)、低的介電損耗(~0.004)。作為順電體陶瓷，理論上而言，鈦酸鍶陶瓷的介電常數(shù)不隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度的改變而改變，但實(shí)際上，如圖1-5所示，在低電場(chǎng)下，鈦酸鍶陶瓷的介電常數(shù)能保持不變，但隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度的進(jìn)一步增加，鈦酸鍶陶瓷的介電常數(shù)逐漸下降，這是由于受到直流電場(chǎng)的影響[TiO6]八面體中鈦離子之間產(chǎn)生非諧性相互作用[16]。這種材料的介電常數(shù)隨著外加電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而減小的現(xiàn)象被稱(chēng)為介電非線(xiàn)性，所有介電陶瓷均存在這種現(xiàn)象。鈦酸鍶陶瓷的介電非線(xiàn)性較弱，即其具有良好的偏壓穩(wěn)定性。對(duì)于儲(chǔ)能陶瓷而言，良好的偏壓

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]直流偏置電場(chǎng)下BaTiO3基陶瓷介電常數(shù)非線(xiàn)性機(jī)理的研究[J]. 梁瑞虹,董顯林,陳瑩,曹菲,王永齡.  物理學(xué)報(bào). 2005(10)

博士論文
[1]巨介電常數(shù)低介電損耗SrTiO3基陶瓷制備與介電響應(yīng)機(jī)制研究[D]. 王志建.武漢理工大學(xué) 2015



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