ba、mn摻雜nbt-st基無鉛陶瓷的電儲能特性研究

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1、分類號學(xué)校代碼10408密級研究生學(xué)號1520021015碩士學(xué)位論文Ba、Mn摻雜NBT-ST基無鉛陶瓷的電儲能特性研究StudyontheenergystoragecharacteristicsofBa-,Mn-dopedNBT-STbasedlead-freeceramics學(xué)位申請人余媛穎導(dǎo)師姓名及職稱沈宗洋教授專業(yè)名稱材料科學(xué)與工程研究方向功能與信息陶瓷所在學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院論文提交日期2018-5景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本

2、論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日碩士學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于不保密□。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽

3、名：日期：年月日摘要近年來，(Na1/2Bi1/2)TiO3(NBT)陶瓷在儲能方面的應(yīng)用研究不斷增多。純NBT陶瓷的居里溫度較高(320℃)，矯頑場與剩余極化強度均較大，因此其能夠獲得的有效能量密度則較小。如何對NBT陶瓷進(jìn)行改性，在保證其飽和極化強度的前提下，降低其剩余極化強度，使其電滯回線變瘦長，從而獲得更高的有效能量效率是NBT陶瓷作為儲能應(yīng)用的目標(biāo)。SrTiO3(ST)陶瓷室溫下為順電相，介電常數(shù)較高(εr~300)，耐壓強度較高(Eb~10kV/mm)，具有良好的儲能特性，基于此，本研究擬用ST調(diào)控NBT陶瓷的鐵電性能，以獲得優(yōu)化有效儲能密度的N

4、BT-ST基陶瓷。首先，以(Na1/2Bi1/2)1-xSrxTiO3(NBT-xST,0.2≤x≤0.3)無鉛陶瓷為研究對象，系統(tǒng)研究了不同x值對陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能、儲能特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：室溫下NBT-xST陶瓷均為純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，當(dāng)x≥0.22時，存在菱方-四方相共存的MPB組成；陶瓷晶粒之間結(jié)合較為緊密，致密度較高；NBT-xST陶瓷的介電性能具有較強的頻率依賴性，隨著x值的增加，NBT-xST陶瓷的居里溫度逐漸向低溫方向移動；NBT-xST陶瓷的矯頑場及剩余極化強度隨著x值的增大而減小。0.74NBT-0.26ST陶瓷同時具有較

5、好的介電性能和儲能特性，室溫下介電常數(shù)εr為2331、介電損耗tanδ為7.6×10-4，儲能密度γ可達(dá)0.3J/cm3，適合于介電儲能應(yīng)用。其次，以優(yōu)化組成0.74(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.26SrTiO3陶瓷為基礎(chǔ)體系，在A位引入Ba2+離子進(jìn)行摻雜改性，制備了(0.74-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.26SrTiO3-xBaTiO3，系統(tǒng)研究了Ba2+摻雜量x對0.74NBT-0.26ST陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能與儲能特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著Ba2+離子摻雜量x的增加，陶瓷從準(zhǔn)立方相向四方相轉(zhuǎn)變，在0.04≤x≤

6、0.06時存在兩相共存區(qū)；隨著x值增加，陶瓷晶粒逐漸被細(xì)化，且晶粒大小趨于均勻，提高了陶瓷的致密度。介電峰值溫度T2+m隨著Ba離子摻雜量x的增加向低溫方向移動，從x=0的153℃下降到x=0.1的98℃，同時顯著提高了介電常數(shù)峰值，從7831增加到9481。Ba2+離子的引入使陶瓷的鐵電性減弱，矯頑場和剩余極化強度均降低，且在x=0.04處，陶瓷呈現(xiàn)出弱雙電滯回線的現(xiàn)象，其儲能密度可達(dá)0.47J/cm3，是純0.74NBT-0.26ST陶瓷的1.55倍，并具有較高的能量效率為48.67%。因此，BT的摻雜有效拓展了NBT-ST陶瓷在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，選

7、取0.7NBT-0.26ST-0.04BT陶瓷為基礎(chǔ)體系，以外加MnCO3的形式引入Mn，外加摩爾量為x(x=0,0.1%,0.3%,0.5%,0.7%)，研究了不同Mn添加量對0.7NBT-0.26ST-0.04BT陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能與儲能特性的變化規(guī)律。結(jié)果表明：Mn與0.7NBT-0.26ST-0.04BT形成固溶體時，Mn多以Mn2+和Mn3+離子的形式存在，摻雜后晶格常數(shù)發(fā)生變化，晶面間距增大，過量的Mn主要分布于晶界或三角晶界處抑制晶粒長大，大小晶粒緊密結(jié)合使得陶瓷致密度增大。適量添加Mn能有效提高陶瓷材料的耐壓強度，且顯著降低較

8、高溫度下陶瓷的介電損耗。I介電峰值溫度Tm隨著Mn含