1. 研究目的与意义（文献综述）

电子陶瓷材料是特种陶瓷材料领域中最具活力，最有发展前途的重要组成部分。它是以电、磁、光、热和力学等性能及其相互转换为主要特征，在电子、通讯、自动控制、信息计算机、激光、医疗、机械、汽车、航空、航天、核技术和生物技术等众多高技术领域中为关键材料，其产值约占整个特种陶瓷总产值的70％，有着显著的社会效益和可观的经济效益。其广泛应用于电容器、存储器、滤波器、谐振器等电子元器件中,是电子元器件高性能化和尺寸小型化的重要基础。民用方面,太阳能、风能等新能源发电系统以及混合动力汽车的逆变设备中，储能电容器是不可或缺的组成部分, 随着材料科学的发展，储能电容器具有较大的发展空间，各经济发达国家、地区都把它列为优先发展的领域，研究、开发十分活跃。当前电子信息正向着集成化、微型化和智能化方向发展，相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展。通常在一种介电材料中同时实现介电常数高、介电损耗低、温度稳定性好和耐击穿电场强度高的优异性能指标是一项充满挑战的任务。最近的研究集中在用于脉冲功率应用的电容器的开发上，这些电容器需要能够积聚大量能量的材料，然后快速地将其输送到系统，这需要几千赫兹的高频。Bi基焦绿石型氧化物陶瓷，因其介电常数较高、介电损耗低和烧结温度低等特点，被认为是一类在微波通讯电路和片式电容器有着广泛应用前景的陶瓷材料。

铌酸铋锌（BZN）陶瓷因其良好的介电、光电、热释电和铁电性能，引起国内外学者的研究。由于BiNbO₄损耗比较大，温度系数不理想，煅烧温度较高，于是对由Bi₂O₃、Nb₂O₅和ZnO构成的三元BZN陶瓷进行了研究。ZnO含量不同时，将导致材料中晶相的不同，并对材料的介电性能产生重要影响。根据文献知道，当BZN系统中ZnO含量较高时，可获得介电性能较为理想的陶瓷材料。铌酸铋锌陶瓷有145±5的相对介电常数，以及大约0.0008±0.0001的超低介质损耗。在测量频率为10 kHz的时候，铌酸铋锌表现出最大的可回收能量储存密度为60.8±2.0 J/cm³。研究不同离子A位、B位替代对α-BZN陶瓷微观结构和介电性能及结晶化学特性的作用规律，特别是对低温下弛豫现象的影响时，当选用不同价态和离子半径均小于Bi³ 的Dy³ 和Ta⁵ 离子进行替代，探讨A位离子替代对Bi焦绿石陶瓷的影响。当Dy³ 离子替代量x≤0.15mol时，BDZN样品为单一的α-BZN相，而立方焦绿石相对高价态Ta⁵ 离子的固溶度较小，当替代量为0.05mol时BTZN体系就出现了第二相。Dy³ 和Ta⁵ 离子对结晶化学参数的影响也不相同：BDZN陶瓷样品的键价和AV(O’)[A4]随着替代量的增加逐渐增大，而Ta5 离子替代样品的键价和AV(O’)[A4]则随之减小。BDZN和BTZN陶瓷样品在低温区均出现了介电弛豫现象。结合公式Arrhenius对样品低温介电弛豫特性进行拟合得到：介电常数弛豫峰值温度Tm随着替代量的增加向低温方向移动，低温下激活能Ea减小。A位离子排列的无序性直接影响样品的弛豫度ΔTf的变化。无序度的增加增强了BZN材料结构上的松弛，晶胞中的弱束缚离子活跃性增强，因此导致样品的弛豫度增加。拟通过制备，探讨其在不同Zn/Nb比的状态下结构与性能的变化规律，为发展新型储能材料提供技术支持。由于BZN系陶瓷的成分结构比较复杂，工艺不稳定且很难烧结致密，尤其是介电常数的温度系数对烧结温度极为敏感，所以研究烧结温度对BZN系陶瓷系统的是极其重要。拟在1040℃，1060℃，1080℃，1100℃，1120℃，1140℃这6个不同烧结温度下探讨BZN陶瓷最适合的烧结温度。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以Bi₂O₃,Nb₂O₅,ZnO为原料，使用固相法制备Bi_1.5(Zn,Nb)O₇陶瓷。

材料表征：对Bi_1.5(Zn,Nb)O₇陶瓷进行结构表征和电化学性能测试，通过XRD、SEM、P-E工作站，阻抗分析仪进行了分析，并且评估。

2.2 研究目标

1、采用固相法制备以Bi_1.5(Zn,Nb)O₇陶瓷，确定其制备工艺参数。

2、探讨其在不同Zn/Nb比的状态下结构与性能的变化规律。

2.3 技术方案

1、本课题以固相法合成Bi_1.5Zn_xNb_1.9-0.4xO₇，所用原料（分析纯）有ZnO(99%)， Nb₂O₅(99.5%)，Bi₂O₃(99%)。制备所需器材为烧杯、药匙、分析天平、球磨机、烘箱、高温炉等。

2、ZnO的摩尔分数分别为0.6mol、0.7mol,0.8mol,0.9mol,1.0mol,1.1mol制成多组陶瓷，进行烧成试验及性能测试。本次试验设计的预烧温度为800℃，烧结温度分为1040℃，1060℃，1080℃，1100℃，1120℃，1140℃6个梯度。主要性能测试有：用X射线衍射仪(XRD)分析样品相组成；扫描电镜(SEM)分析样品的微观形貌；精密阻抗分析仪测试介电性能； 利用铁电工作站测P-E曲线图，最后得到最优的ZnO含量。

主要制备工艺流程图如下：

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，制备材bi_1.5(zn,nb)o₇料。

第8－12周：用xrd、sem、p-e工作站，阻抗分析仪等测试技术对材料的相结构、形貌及电学性能进行表征；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] elizabeth k. michael, and susan trolier-mckinstry, bismuthpyrochlore thin films for dielectric energy storage, journal of applied physics118:054101 (2015);

[2] elizabeth k. michael#8224; and susan trolier-mckinstry, cubicpyrochlore bismuth zinc niobate thin films for high-temperature dielectricenergy storage, j. am. ceram. soc., 98:1223–1229 (2015).

[3] shihui yu, lingxia li, haoran zheng, bmn-based transparentcapacitors with high dielectric tunability, j. alloys compd. 699: 68-72 (2017).