王通, 王渊浩, 杨海波, 高淑雅, 王芬, 鲁雅文

BaTiO3-ZnNb2O6陶瓷介电及储能性能研究

王通1, 王渊浩1, 杨海波1, 高淑雅1, 王芬1, 鲁雅文2

(1. 陕西科技大学 材料科学与工程学院, 陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室, 西安 710021; 2. 咸阳陶瓷研究设计院有限公司, 咸阳 712000)

采用固相法制备(1–)BaTiO3-ZnNb2O6(=0.5mol%, 1mol%, 1.5mol%, 2mol%, 3mol%, 4mol%) (简称BTZN)陶瓷, 研究了BTZN陶瓷的烧结温度、结构、介电性能和铁电性能。BTZN陶瓷烧结温度随着ZnNb2O6含量增加逐渐降低。XRD结果表明当ZnNb2O6含量达到3mol%时出现第二相Ba2Ti5O12。介电测试结果表明随ZnNb2O6含量的增加, BTZN陶瓷介电常数逐渐减小, 而介电常数的频率稳定性逐渐增强。介电温谱表明所有BTZN陶瓷均符合X8R电容器标准。BTZN陶瓷的极化强度值随着ZnNb2O6含量的增加逐渐降低。当=4mol%时, BTZN陶瓷获得240 kV/cm的击穿电场和1.22 J/cm3的可释放能量密度。

钛酸钡; 陶瓷; 介电性能; 储能性能

钛酸钡(BaTiO3)是一种典型的ABO3型钙钛矿结构的铁电体材料, 因其优良的介电、压电以及铁电性能[1]被广泛应用于多层陶瓷电容器[2], 铁电存储器[3], 传感器及非线性电光器件等[4-5]。BaTiO3(BT)陶瓷介电常数(r)非常高, 室温为1500~2000 ℃, 在居里温度(C)附近高达10000 ℃以上[6],r与温度呈非线性关系, 导致r随温度变化率较大, 此外r对电场、频率和压力等条件变化也非常敏感。BT陶瓷介电损耗(tan>0.05)相对较高。BT陶瓷饱和极化强度值(s>27 μC/cm2)高[7], 而剩余极化强度值(r> 14.7 μC/cm2)也很高[8]。BT陶瓷击穿电场(BDS< 100 kV/cm)较低[9]。

高r和大s使BT陶瓷成为一种非常有潜力的无铅陶瓷储能电容器材料[10-12], 可应用于激光脉冲武器和混合电动车等领域[13-19]。但高r和低BDS导致BT陶瓷储能性能并不良好[20-22]。近年来许多研究人员……