電介質(zhì)電容器以電場的方式儲存能量,具有超高的功率密度,是脈沖功率系統(tǒng)的核心儲能元件。而隨著脈沖功率器件的小型化、低成本化與安全化的發(fā)展,對電介質(zhì)電容器的儲能密度提出了越來越高的要求。本文選取鈦酸鈣基線性電介質(zhì)陶瓷作為研究對象,系統(tǒng)地研究材料的微觀結(jié)構(gòu)以及界面結(jié)構(gòu)對材料的介電強(qiáng)度與儲能密度的影響規(guī)律。同時(shí),深入探討了電介質(zhì)陶瓷的介電擊穿機(jī)制。得到了如下主要結(jié)論:從第一性原理出發(fā),研究了 CaTiO3與CaZrO3的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和聲子結(jié)構(gòu)對材料本征介電強(qiáng)度的影響。相較于CaTiO3,CaZrO3具有更高的禁帶寬度以及略低的聲子截止頻率,因而具有非常高的本征介電強(qiáng)度,然而其宏觀的介電常數(shù)較低。CaTiO3與CaZrO3的本征介電強(qiáng)度分別為4.5MV/cm與9.0MV/cm,室溫下理論儲能密度分別高達(dá)152J/cm3與107J/cm3。結(jié)果表明,在CaTiO3的B位引入適量的Zr4+,預(yù)計(jì)可以提高材料的禁帶寬度同時(shí)保證較高的介電常數(shù),繼而提高CaTiO3的本征介電強(qiáng)度與儲能密度。在 CaTiO3 體系中引入 Zr4+可改善 CaZrxTi1-xO3(x=0.0,0.1,0.2,0.3,0...

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 儲能電容器
        1.2.1 電介質(zhì)電容器儲能原理
        1.2.2 儲能密度的測試方法
        1.2.3 影響儲能密度的關(guān)鍵因素
    1.3 固體電介質(zhì)的擊穿
        1.3.1 電擊穿
        1.3.2 熱擊穿
        1.3.3 機(jī)電擊穿
    1.4 儲能陶瓷材料的研究進(jìn)展
    1.5 課題的提出與研究內(nèi)容
第二章 CaTiO₃與CaZrO₃的本征介電強(qiáng)度
    2.1 前言
    2.2 計(jì)算方法
        2.2.1 密度泛函理論
        2.2.2 聲子譜計(jì)算
        2.2.3 計(jì)算參數(shù)
    2.3 計(jì)算結(jié)果與討論
        2.3.1 晶體結(jié)構(gòu)
        2.3.2 電子結(jié)構(gòu)
        2.3.3 聲子結(jié)構(gòu)
        2.3.4 本征介電強(qiáng)度
    2.4 小結(jié)
第三章 CaZr_xTi_1-xO₃線性電介質(zhì)陶瓷的結(jié)構(gòu)與儲能性能
    3.1 前言
    3.2 試樣制備與測試
        3.2.1 陶瓷樣品的制備
        3.2.2 致密度的測試
        3.2.3 物相分析
        3.2.4 介電性能測試
        3.2.5 介電強(qiáng)度測試
        3.2.6 微結(jié)構(gòu)表征
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.3.1 燒結(jié)特性與相組成
        3.3.2 微結(jié)構(gòu)
        3.3.3 儲能性能
    3.4 結(jié)論
第四章 放電等離子燒結(jié)制備CaTiO₃陶瓷的介電及儲能性能
    4.1 前言
    4.2 試樣制備與測試
        4.2.1 陶瓷樣品的制備
        4.2.2 微結(jié)構(gòu)表征
        4.2.3 電學(xué)性能測試
        4.2.4 熱學(xué)性能測試
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.3.1 微結(jié)構(gòu)
        4.3.2 電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率
        4.3.4 儲能性能
    4.4 小結(jié)
第五章 具有超高儲能密度三層結(jié)構(gòu)的CaTiO₃陶瓷
    5.1 前言
    5.2 試樣制備與測試
        5.2.1 樣品的制備
        5.2.2 微結(jié)構(gòu)與成分表征
        5.2.3 介電性能測試
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        5.3.1 微結(jié)構(gòu)與化學(xué)組分
        5.3.2 儲能性能
    5.4 小結(jié)
第六章 直流強(qiáng)場下的固體電介質(zhì)擊穿
    6.1 前言
    6.2 擊穿通道的表征與模型
        6.2.1 擊穿通道的表征
        6.2.2 熱擊穿模型
    6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.3.1 介電擊穿行為
        6.3.2 熱失穩(wěn)模擬
    6.4 小結(jié)
第七章 總結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
作者簡歷
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他科研成果



本文編號：3864541