電子工業(yè)系統(tǒng)集成化和小型化的快速發(fā)展,迫切需要應(yīng)用于脈沖功率和混合動力車等領(lǐng)域的儲能元器件具有高功率密度,快速充放電和高儲能密度等優(yōu)異性能。介電陶瓷因功率密度高、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點而成為研究熱點,但較低的儲能密度卻限制了介電陶瓷在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。本文選取BaTiO₃（簡稱BT）,Na_0.5Bi_0.5TiO₃（NBT）和Ba_1-xSr_x TiO₃（BST）三種典型的鐵電陶瓷作為研究對象,系統(tǒng)地研究了外離子摻雜對鐵電陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、介電、鐵電和儲能性能的影響。利用離子摻雜固溶,將三種典型的鐵電體陶瓷轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電陶瓷,降低其剩余極化和矯頑場,同時提升陶瓷的電擊穿場強,進而有效增強陶瓷的弛豫特性,最終獲得較高的儲能密度和效率。采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)制備了（1-x）BaTiO₃-xCaSnO₃（x=0.05,0.10,0.15,0.20）無鉛儲能陶瓷,研究了CaSnO₃摻雜對... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

文獻中不同儲能裝置的能量密度與功率密度的關(guān)系[11]

西南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文4圖1.2四種典型電介質(zhì)材料的電滯回線[11]；(a)線性電介質(zhì)；(b)鐵電體；(c)弛豫鐵電體；(d)反鐵電體Fig.1.2Hysteresisloopsoffourtypicaldielectric[11]s;(a)Lineardielectrics;(b)Ferroelectrics;(c)Relaxorferroelectrics;(d)Antiferroelectrics圖1.2(a)描述的是線性電介質(zhì)材料的極化強度與電場的關(guān)系，可以表示為：=0E(1-5)將式子（1-5）代入（1-4）中，計算可以得到線性電介質(zhì)的儲能密度，為：=120E2(1-6)由上式（1-6）可知，對于這種線性電介質(zhì)材料而言，提高儲能密度的關(guān)鍵是提高其介電常數(shù)和擊穿場強。近些年被廣泛研究的線性電介質(zhì)主要有SrTiO3，CaTiO3和TiO2等[22,23]。這些線性電介質(zhì)陶瓷材料一般都具有中等擊穿場強以及低介電損耗等優(yōu)點，但是由于自身的最大極化較低，儲能密度不高，因此不適合作為高儲能電容器材料加以應(yīng)用。鐵電體一般是指具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化能在外電場的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)向的一類材料。圖1.2(b)為鐵電體材料的極化強度與電場的關(guān)系。不同于線性電介質(zhì)，鐵電體P-E曲線呈非線性特征。除了極化值隨外電場變化較大外，最大極化也比

西南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文17圖3.1(a)BT-xCS陶瓷的XRD圖譜和(b)拉曼光譜圖Fig.3.1(a)XRDpatternsand(b)RamanspectrumofBT-xCSceramics一般來說，根據(jù)Goldschmidt容差因子τ可以估計晶格中的摻雜位置[30,87-89]，公式如下：τ=+√2(+)(3-1)式中，τ為容差因子，RA、RB和RO分別代表A位離子、B位離子和氧離子的半徑。通常，如果容差因子接近1，則結(jié)構(gòu)接近理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[25]。Ba2+、Ti4+、Ca2+、Sn4+和O2-的半徑分別為1.61、0.61、1.34、0.69和1.35[30,55,90-94]。通過公式（3-1）分別計算Ca2+在A位和B位，Sn4+在A位和B位的容差因子τ及半徑差比（r/r%），結(jié)果見表3.1。結(jié)果表明Ca2+在A位和Sn4+在B位時的τ值接近1，而且Ca2+和Sn4+的半徑分別接近Ba2+和Ti4+的半徑，所以Ca2+更有可能占據(jù)A位[95]和Sn4+占據(jù)B位。這些結(jié)果與Y.Sun等人[49]的結(jié)果一致。鈣鈦礦中的離子取代可以用下面的等式來描述：→+(3-2)22→+2(3-3)


本文編號：3224424