论文总字数：37340字

摘 要

目前，由于含铅陶瓷材料在电子设备中的禁用，无铅反铁电储能陶瓷引起国内外学者的极大关注，广泛应用于移动电子产品，不同形式的脉冲电源以及铁电存储等领域。在众多的钙钛矿型无铅反铁电储能陶瓷中，BNT基陶瓷成为最能替代铅基材料的一类陶瓷，本论文通过对BNT陶瓷掺杂其他组分或元素，改变工艺参数等方面来探索其对陶瓷的物相，微观形貌，反铁电储能性能的影响。

本论文选取（Bi_0.5Na_0.5）TiO₃（BNT）为研究对象，采用传统固相法进行制备，通过改变工艺参数对BNT基陶瓷的储能性能进行研究。首先对BNT掺杂一定量的SrTiO₃（ST）形成二元固溶体BNT-100xST，采用的是新颖的二步固相烧结法，分别讨论了ST掺杂量、第一步烧结温度、第二步烧结温度、保温时间等对BNT-100xST陶瓷体系的相结构、微观形貌以及反铁电性能的研究，通过一系列的对比发现确定最佳的烧结工艺，在最优的烧结制度下，BNT-35ST反铁电陶瓷具有纯的、单一的钙钛矿结构，晶粒尺寸较为均一，均在1 μm左右，不存在晶粒大小异常长大的现象，此时的P-E电滞回线最为细长，BNT-35ST反铁电陶瓷具有较低的剩余极化强度和矫顽场（P_r = 3.21 μC/cm² ，E_c = 4.24 kV/cm），较高的最大极化强度和击穿场强（P_max = 30.82 μC/cm²，E_b = 95 kV/cm），在ST含量为35 mol%，第一步烧结温度为1160 ^oC，第二步烧结温度为1060 ^oC，保温时间为7 h时，陶瓷的反铁电性能明显提高，储能密度为W = 0.95 J/cm³。

关键词： 无铅反铁电陶瓷 二步烧结 BNT-ST 反铁电性能 储能密度

Effect of Two-step Sintering System on BNT - 35ST Energy Storage Performance

Abstract

At present, because of the restriction of the Pb-based ceramics materials on the use of the electric equipments, the research and application of lead-free antiferroelectric ceramics have aroused the attention of scholars at home and abroad. As the increased requirement for compact electronics in recent years, the lead-free antiferroelectric ceramics have been extensively used in mobile electronics, different forms of pulsed power technology and ferroelectric storage. Among these perovskite-type ceramics, BNT has drawn intensively attention and is likely to be used in electric devices to replace the Pb-based materials. This paper researched on the phase, microstructure and energy-storage properties of antiferroelectric materials from doping with other components and elements, changing the process paramenters.

The BNT ceramics was chosed and synthesized by conventional solid state method in this paper. The different process parameters were chosed to study the energy-storage properties of BNT-based ceramics. The binary solid solution BNT-ST system is formed by doping a certain amount of ST to BNT. BNT-ST ceramics were synthesized by two-step sintering method. We discussed the effect of ST contents, the first sintering temperature, the second sintering temperature and soaking time on the phase, microstructure and antiferroelectric properties of BNT-100xST. The best sintering schedule was ensured. BNT-35ST ceramics obtained a pure peroviskite structure without any secondary impurity phases. The average grain size was about 1 μm and the whole system disappeared abnormal growth. The double P-E hysteresis loop exhibited higher antiferroelectric trait. The coercive field and remanent polarization were low (P_r = 3.21 μC/cm² ，E_c = 4.24 kV/cm), and the maximin polarization and breakdown field strength were large (P_max = 30.82 μC/cm²，E_b = 95 kV/cm). When the ceramics were heated to 1160 ^oC and immediately cooled down to 1060 ^oC, then soaking for 7 h, the energy density was 0.95 J/cm³.

KEYWORDS Lead-free antiferroelectric ceramics；Two-step sintering；BNT-ST； Antiferroelectric property；Energy density

目录

第一章 绪论

1.1 反铁电的研究概述

1.1.1 反铁电体的理论基础

1.1.2 反铁电体的结构性能及应用

1.2 无铅反铁电材料的研究进展

1.2.1 无铅反铁电陶瓷的研究意义

1.2.2 无铅反铁电陶瓷的研究概况

1.2.3 BNT基无铅反铁电陶瓷的研究概述

1.2.3 BNT基无铅反铁电陶瓷的储能性能研究

1.3 课题的研究内容和研究意义

第二章 实验过程与方法

2.1实验原料及设备

2.2实验设计与流程

2.2.1 实验方法设计

2.2.2 实验工艺流程

2.3实验表征方法分析

第三章 二步烧结法制备高储能密度BNT-ST反铁电陶瓷

3.1二步烧结法工艺概述

3.2 烧结制度的确定

3.2.1 预烧温度的选择

3.2.2最终烧结制度的确定

3.3二步烧结法制备的BNT-ST反铁电陶瓷微观形貌和性能的研究

3.3.1不同ST含量对BNT-ST反铁电陶瓷微观形貌和性能的影响

3.3.2 第一步烧结温度对BNT-ST反铁电陶瓷微观结构和性能的影响

3.3.3 第二步烧结温度对BNT-ST反铁电陶瓷微观结构和性能的影响

3.3.4 最终烧结时保温时间对BNT-ST反铁电陶瓷微观形貌和性能的影响

3.3.5 同时改变第二步烧结温度和保温时间对BNT-ST反铁电陶瓷微观形貌和性能的影响

3.4 本章小结

第四章 结论及展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致 谢

第一章 绪论

随着人们对微小型电子电器设备需求的不断膨胀，越来越多的领域对电子器材的微型化、高度集成化、功能多样化的要求大幅度提高，微型电子器件凭借其特有的优势在汽车、电子技术、医学、军事、航天航空以及各个脉冲能量技术方面具有相当广泛的应用前景^[1,2]。其中电容器作为脉冲电源电路应用中主要的元件之一，探索较大储能密度的电容器引起了研究者们的兴趣。目前被人们广泛应用的电容器有箔式结构电容器和金属化膜电容器，然而它们应用于大功率脉冲电源设备都存在一定的缺点，箔式结构电容器能量储存量低，使用过程中遇到问题故障时容易发生爆炸，危险性较大；而金属化膜电容器释放能量时电流较小，综合使用寿命短，消耗量较大^[3]。为了研究满足在高电压下具有高储能密度，瞬间释放大量的电流以及长的充放电寿命，提出了陶瓷电容器的概念^[4]。研究者们发现陶瓷电容器具有相当多的优点，例如组成结构简单、储存容量大、体积小型化、耐高温高压、不易腐蚀等，诸多优势被大量的用于家电、工业、通信等各个领域^[5]，然而，大多数陶瓷电容器同样具有较低的能量释放密度^[6]，因此，具有良好电性能的陶瓷材料应用于高储能密度电容器和高应变制动器得到了广阔的研究。

近几年，铁电材料在小型大功率领域得到了广泛的应用，但由于铁电材料具有较高的去极化强度，因此在极化过程中大部分的能量被损耗，可以释放出来的能量只有一小部分，从而阻碍了铁电材料在更高储能密度器件中的发展^[7]。为了得到更高的储能电容器，则需要探究其他的具有高储能密度的功能材料。上世纪60年代末，美国Clevite实验室在PZT压电材料基础上研制出新型功能材料-PZST反铁电相变材料^[8]，其通过在室温下对PZT掺杂改性，从而获得在电场诱导作用下的陶瓷从反铁电相转变为铁电相的PZST反铁电陶瓷。PZST反铁电陶瓷具有“方宽”形的双电滞回线，由于反铁电体内部偶极子反平行排列，在外加电场撤销时，偶极子发生偏转，从而剩余极化强度趋近于零，在此过程中应变和能量瞬间释放，利用此原理获得高储能密度电容器，此类反铁电材料引起了人们的极大关注。

1.1 反铁电的研究概述

(a)	(b)
图1-1 铁电体与反铁电体电偶极子的排列示意图：(a) 铁电体, (b) 反铁电体
Fig. 1-1 The diagrammatic sketch of the arrange of electric dipole of ferroelectrics 请支付后下载全文，论文总字数：37340字 您需要先支付 80元 才能查看全部内容！立即支付 ﰊ PREVIOUS NEXT ﰋ 您可能感兴趣的文章 二氧化硅改性苯丙乳液的制备与性能研究开题报告 船舶用复合材料变刚度层合板屈曲性能研究开题报告 褶皱缺陷对复合材料层合板失效模式的影响分析开题报告 新型可溶高透光性含氟聚酰亚胺制备及其性能研究开题报告 高温下碳化硼改性酚醛树脂的微观结构演变外文翻译资料 TiC-Cu复合材料在氩气和空气气氛下的热爆炸反应行为外文翻译资料 光热作用增强石墨烯基纳米复合材料的光 催化性能外文翻译资料 BMN系钙钛矿微波介质陶瓷的制备与性能研究外文翻译资料 低温共烧生瓷带的流延成型工艺研究进展外文翻译资料 Ba(Mg1/3Nb23)O3掺杂BaWO4陶瓷的微波介电性能外文翻译资料 最新文档 华北地区夏季降水多年、少年近地层水汽场及风场分布特征开题报告 天山地区典型流域降雪分布研究文献综述 2016年台风狮子山路径突变原因的初步分析开题报告 北京和寿县地区边界层急流观测与模型的对比文献综述 具有双Kelvin波结构MJO活动的再分析开题报告 基于单片机的温控风扇设计文献综述 1961-2015年江苏省气候资源的时空分布规律开题报告 智能搬运机器人文献综述 基于类型的电影推荐系统文献综述 Bi6S2O15的合成及其降解有机污染的研究开题报告 不确定时滞奇异摄动系统的鲁棒控制器设计文献综述 小型双模SIW滤波器的研究与设计开题报告 我国绿色出行政策执行研究——以南京市为例文献综述 试论李碧华小说中的爱情悲剧开题报告 基于FPGA的电子相册设计文献综述 企业微信 推荐栏目 本站简介 人才招聘 版权声明 免责声明 毕业论文网 教育 科研 学术文档分享平台 专注服务十二年 可信/实名双认证 老牌网站值得信赖 Copyright © 2010-2022 毕业论文网 站点地图  企业微信 