本發(fā)明屬于鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料，具體涉及一種在中等電場強度下兼具超高儲能密度和儲能效率的bi3+/ti4+雙取代鈮酸鍶鈉銀填滿型鎢青銅鐵電陶瓷材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、鐵電材料由于具有優(yōu)異的介電、壓電、熱釋電、鐵電性以及光電效應等重要性能，成為當代各尖端技術(shù)領(lǐng)域應用最廣泛的一類功能材料，諸如傳感器、層狀執(zhí)行器、超聲波換能器、鐵電存儲器以及熱釋電紅外探測器等新型機電設備的核心器件。在功能陶瓷領(lǐng)域，鐵電材料壓電性能提高的相關(guān)研究一直是科學家們關(guān)注熱點。現(xiàn)在所用的鐵電陶瓷材料中，pbo或者pb3o4的含量約為60％～70％，鉛含量在鐵電材料的生產(chǎn)、使用甚至分解處理過程中造成嚴重的環(huán)境問題。因此，為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，世界各國不僅開始無鉛鐵電材料的研究與開發(fā)，而且相繼通過相關(guān)法律法規(guī)的制定限制含鉛鐵電材料的使用。目前，開發(fā)新一代無鉛的環(huán)境友好型鐵電材料已經(jīng)是大勢所趨。近年來，雖然眾多國內(nèi)外科研工作人員對無鉛鐵電材料體系展開了大量研究工作，但是取得的成果尚不滿足人類的實際需求，而四方鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電體種類繁多，在諸多領(lǐng)域都有廣闊的應用前景，是僅次于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的第二大類鐵電體，有著適中的介電常數(shù)和非常低的介電損耗，是一類有前景的儲能材料。目前鎢青銅結(jié)構(gòu)儲能陶瓷的儲能密度相較于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)儲能陶瓷偏低，如何能夠在無鉛鎢青銅體系中獲得兼具高儲能密度和高儲能效率的陶瓷儲能電容器成為一個熱點問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種在中等電場強度下兼具超高儲能密度和儲能效率的bi3+/ti4+雙取代鈮酸鍶鈉銀填滿型鎢青銅鐵電陶瓷材料，并為其提供一種工藝簡單、重復性好、成本低廉的制備方法。

2、本發(fā)明提供的bi3+/ti4+雙取代鈮酸鍶鈉銀填滿型鎢青銅鐵電陶瓷材料的結(jié)構(gòu)式為sr2-xbixna0.8ag0.2nb5-xtixo15，其中x的取值為0.1～0.5，優(yōu)選x的取值為0.3。

3、上述bi3+/ti4+雙取代鈮酸鍶鈉銀填滿型鎢青銅鐵電陶瓷材料的制備方法由下述步驟組成：

4、步驟1：按照sr2-xbixna0.8ag0.2nb5-xtixo15的化學計量比，分別稱取純度為99.00:％以上的srco3、ag2o、na2co3、nb2o5、bi2o3、tio2，將稱取的所有原料混合均勻后裝入尼龍罐中，以鋯球為磨球、無水乙醇為球磨介質(zhì)，充分混合球磨后干燥，得到原料混合物。

5、步驟2：將原料混合物預燒后，經(jīng)二次球磨、干燥、過篩，得到預燒粉。

6、步驟3：將預燒粉經(jīng)造粒、壓片、排膠后，進行燒結(jié)，得到所述bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料。

7、上述步驟1中，所述球磨時間為20～24小時；所述干燥的溫度為60～80℃，干燥的時間為20～24小時。

8、上述步驟2中，所述預燒的溫度為1130～1180℃，預燒的時間為5～8小時。

9、上述步驟2中，進一步優(yōu)選所述預燒的溫度為1150℃，預燒的時間為6小時。

10、上述步驟3中，具體操作為：將預燒粉在聚乙烯醇粘結(jié)劑作用下進行造粒，用粉末壓片機壓制成圓柱狀坯體后，在200～220mpa的壓力下冷等靜壓5～7分鐘，隨后升溫至500℃排膠，最后在1190～1290℃下燒結(jié)2～6小時。

11、上述步驟3中，進一步優(yōu)選：將預燒粉在聚乙烯醇粘結(jié)劑作用下進行造粒，用粉末壓片機壓制成圓柱狀坯體后，在200mpa的壓力下冷等靜壓5分鐘，隨后升溫至500℃，保溫3小時進行排膠，最后在1240℃下燒結(jié)4小時。

12、上述步驟3中，優(yōu)選所述燒結(jié)的升溫速率為2～5℃/分鐘。

13、本發(fā)明的有益效果如下：

14、1、本發(fā)明通過在sr2na0.8ag0.2nb5o15基礎體系進行a/b位bi3+/ti4+取代制備sr2-xbixna0.8ag0.2nb5-xtixo15陶瓷材料，通過bi3+/ti4+的引入，使得陶瓷材料由正常鐵電體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌谠ヨF電體，有助于獲得細長的p-e曲線，最終獲得兼具高儲能密度和高儲能效率的儲能陶瓷材料。

15、2、本發(fā)明在陶瓷材料的制備過程中，采用了先進的冷等靜壓成型技術(shù)，利用冷等靜壓成型的坯體密度高、密度均勻一致、坯體內(nèi)應力小，減少了坯體開裂、分層等缺陷，這為陶瓷的質(zhì)量提供了保障，為優(yōu)異的實驗結(jié)果奠定了基礎，且本發(fā)明所選用的原料不含鉛等重金屬，對環(huán)境友好。

技術(shù)特征：

1.一種中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料，其特征在于：該陶瓷材料的結(jié)構(gòu)通式為sr2-xbixna0.8ag0.2nb5-xtixo15，其中x的取值為0.1～0.5。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料，其特征在于：x的取值為0.3。

3.一種權(quán)利要求1所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括下述步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述球磨時間為20～24小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟1中，所述干燥的溫度為60～80℃，干燥的時間為20～24小時。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟2中，所述預燒的溫度為1130～1180℃，預燒的時間為5～8小時。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟2中，所述預燒的溫度為1150℃，預燒的時間為6小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟3中，將預燒粉在聚乙烯醇粘結(jié)劑作用下進行造粒，用粉末壓片機壓制成圓柱狀坯體后，在200～220mpa的壓力下冷等靜壓5～7分鐘，隨后升溫至500℃排膠，最后在1190～1290℃下燒結(jié)2～6小時。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟3中，將預燒粉在聚乙烯醇粘結(jié)劑作用下進行造粒，用粉末壓片機壓制成圓柱狀坯體后，在200mpa的壓力下冷等靜壓5分鐘，隨后升溫至500℃，保溫3小時進行排膠，最后在1240℃下燒結(jié)4小時。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的中等電場下超高儲能密度和儲能效率的bi-ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料的制備方法，其特征在于：步驟3中，所述燒結(jié)的升溫速率為2～5℃/分鐘。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種中等電場下超高儲能密度和儲能效率的Bi?Ti取代鈮酸鍶鈉銀鎢青銅鐵電材料及制備方法，該材料的結(jié)構(gòu)通式為Sr<subgt;2?</subgt;<subgt;x</subgt;Bi<subgt;x</subgt;Na<subgt;0.8</subgt;Ag<subgt;0.2</subgt;Nb<subgt;5?x</subgt;Ti<subgt;x</subgt;O<subgt;15</subgt;，其中x的取值為0.1～0.5。本發(fā)明材料通過配料、球磨、預燒、二次球磨、過篩、壓片、燒結(jié)制備而成，制備方法簡單、成本低廉、重復性好、成品率高，所得材料具有高儲能密度和高儲能效率，其中x＝0.3時，在400kV/cm的中等電場強度下，其有效儲能密度為8.3J/cm<supgt;3</supgt;，儲能效率可達90.1％。

技術(shù)研發(fā)人員：魏靈靈,韓明哲,王巖,燕珍,田夢萍,馬藝
受保護的技術(shù)使用者：陜西師范大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6