儲能用電介質(zhì)材料具有功率密度高,充放電速率快,溫度穩(wěn)定性好,抗老化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),使其在混合動力汽車、醫(yī)療激光、石油勘探、定向武器等電力、電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛,特別是在高能脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用前景。但是,電介質(zhì)儲能材料的儲能密度相對較低。因此,提高材料的儲能密度是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)難點(diǎn)。其中,弛豫鐵電材料由于其較高的介電常數(shù)、較低的剩余極化強(qiáng)度和“線性度”較高的電滯回線,具有實(shí)現(xiàn)兼?zhèn)涓邇δ苊芏群透邇δ苄实臐摿�。BaTi03是應(yīng)用最廣泛的介電材料之一,被譽(yù)為“電子陶瓷產(chǎn)業(yè)的支柱”,具有介電常數(shù)大,介電損耗小,耐壓性強(qiáng)、絕緣性好等特點(diǎn),在介電、鐵電、壓電等領(lǐng)域都得到了廣泛關(guān)注與研究。然而,BaTi03剩余極化強(qiáng)度大、介電性溫度穩(wěn)定性差等特點(diǎn)限制了其作為介電儲能材料的發(fā)展與應(yīng)用。因此,本論文采用取代改性的方式,通過向BaTi03中摻入鉍基鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Bi（B’B"）03,形成（1-x）BaTi03-xBi（B’B"）O3體系,通過組分調(diào)節(jié),構(gòu)造BaTi03基弛豫鐵電體,提高BaTi03基鐵電陶瓷材料的介電儲能性質(zhì)。在BaTiO3-Bi（B’B"）03體系中,根據(jù)化合價守恒,B’B... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：187 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２分子中固有極矩的取向極化示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｐｏｌｅ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ??

?山東大學(xué)博士學(xué)位論文???電介質(zhì)的儲能密度公式為：??Ｗ＝＾?Ｅ?■?ｄＤ?（１．１２）??對于本論文研宄的ＢａＴｉ０３基介電陶瓷材料，由于其相對介電常數(shù)較大，遠(yuǎn)??大于１，根據(jù)公式（１．１１）的關(guān)系，結(jié)合公式（１．９），儲能密度公式（１．１２）可寫??為：??Ｗ＝＾Ｅ－ｄＰ?（１．１３）??電容器充放電的示意圖如圖１．３所示，電容器充電過程沿箭頭方向順時針向??上，放電過程沿箭頭方向逆時針向下。如圖中標(biāo)識，五〇為外加電場，Ｐｎｉ為最大??極化強(qiáng)度，Ｐ，為剩余極化強(qiáng)度，紅色陰影部分為放電能量密度綠色部分為??充放電過程中產(chǎn)生的損耗奶。ＳＳ，充電能量密度Ｆ為灰ｒｅｅ和奶ＱＳＳ二者之和。??ｐ?Ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｄｅｎｓｉｔｙ??ｉ＾ｒｉ??＾?Ｅｎｅｒｇｙ?ｌｏｓｓ??Ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｆｉｅｌｄ?（ｋＶ／ｃｍ）??圖１．３電容器充放電能量密度示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ａｎｄ?ｃｈａｒｇｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｄｅｎｓｉｔｙ??放電過程能量密度具體公式為：??ＷＫｒ＼＇＾ＥｄＰ?（１－１４）??充電過程能量密度具體公式為：??＾＝Ｊ〇／ｎ，Ｅ?■?ｄＰ?（１．１５）??充放電的儲能效率為：??＂令腦?（１．１６）??（注：以上公式中變量標(biāo)注加粗為矢量，未標(biāo)注加粗為標(biāo)量。后文中不作具體說明時，將不??再ｋ分矢量、標(biāo)量）??６??

?山東大學(xué)博士學(xué)位論文???１．４?ＢａＴｉ０３基弛豫鐵電陶瓷的儲能研究基礎(chǔ)??１．４．１?ＢａＴｉ〇３的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)基礎(chǔ)??ＢａＴｉ０３是典型的鐵電體材料，具有介電常數(shù)大、介電損耗低等特點(diǎn)，其優(yōu)異??的電學(xué)性質(zhì)使其在介電、壓電、熱釋電、鐵電等方面都受到了廣泛關(guān)注與研宄［ｉｎ－??Ｕ９］。ＢａＴｉ０３是經(jīng)典的Ｊ５０３型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體，其結(jié)構(gòu)如圖１．８所示，Ｂａ２＋占??立方體的頂角乂位（紫色圓球），配位數(shù)為１２，離子半徑為］．６１?Ａ；?Ｔｉ４＋占立方??體體心５位（藍(lán)色圓球），配位數(shù)為６，離子半徑為０．６０５?Ａ；?０２＋位于立方體面??心（綠色圓球），與Ｔｉ４＋構(gòu)成氧八面體ｆｉ０６?（藍(lán)色半透明八面體）。??ｔ??圖１．８?ＢａＴｉ０３的Ｍ０３鈣鈦礦結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ．?１．８?ＡＢＯ＾?Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＢａＴｉＯ＾??ＢａＴｉ０３ｌ＿在室溫時表現(xiàn)為四方晶系空間群，晶格常數(shù)ａ?＝?６＜Ｃ，?ａ?＝??Ａ?＝?ｙ?＝?９０。；隨溫度升高，超過居里溫度（ｒｃ？１２０。〇，?ＢａＴｉ０３會發(fā)生四方晶系??向立方晶系的結(jié)構(gòu)相變，對稱性提高。在四方相，ＢａＴｉ０３在無外電場情況下，氧??八面體的Ｔｉ４＋沿ｃ軸移動，偏離中心位置，產(chǎn)生自發(fā)極化，具有鐵電性，溫度大??于居里溫度時符合居里外斯定律；在立方相，氧八面體的Ｔｉ４＋位于中心位置，不??產(chǎn)生自發(fā)極化，不具有鐵電性。在室溫以下，隨溫度的降低，會發(fā)生四方相向正??交相的轉(zhuǎn)變，相變溫度約為５°Ｃ，當(dāng)溫度持續(xù)下降到－９０°Ｃ時，ＢａＴｉ０３進(jìn)入三方??相。ＢａＴｉ０３隨溫度的結(jié)構(gòu)相變示意圖如圖１．９所示。??在室溫下，ＢａＴｉ０３隨電場變


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