ba、mn掺杂nbt-st基无铅陶瓷的电储能特性研究

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1、分类号学校代码10408密级研究生学号1520021015硕士学位论文Ba、Mn掺杂NBT-ST基无铅陶瓷的电储能特性研究StudyontheenergystoragecharacteristicsofBa-,Mn-dopedNBT-STbasedlead-freeceramics学位申请人余媛颖导师姓名及职称沈宗洋教授专业名称材料科学与工程研究方向功能与信息陶瓷所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018-5景德镇陶瓷大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本

2、论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权景德镇陶瓷大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。作者签名：日期：年月日导师签

3、名：日期：年月日摘要近年来，(Na1/2Bi1/2)TiO3(NBT)陶瓷在储能方面的应用研究不断增多。纯NBT陶瓷的居里温度较高(320℃)，矫顽场与剩余极化强度均较大，因此其能够获得的有效能量密度则较小。如何对NBT陶瓷进行改性，在保证其饱和极化强度的前提下，降低其剩余极化强度，使其电滞回线变瘦长，从而获得更高的有效能量效率是NBT陶瓷作为储能应用的目标。SrTiO3(ST)陶瓷室温下为顺电相，介电常数较高(εr~300)，耐压强度较高(Eb~10kV/mm)，具有良好的储能特性，基于此，本研究拟用ST调控NBT陶瓷的铁电性能，以获得优化有效储能密度的N

4、BT-ST基陶瓷。首先，以(Na1/2Bi1/2)1-xSrxTiO3(NBT-xST,0.2≤x≤0.3)无铅陶瓷为研究对象，系统研究了不同x值对陶瓷的晶体结构、微观结构、介电性能、储能特性的影响规律。结果表明：室温下NBT-xST陶瓷均为纯钙钛矿结构，当x≥0.22时，存在菱方-四方相共存的MPB组成；陶瓷晶粒之间结合较为紧密，致密度较高；NBT-xST陶瓷的介电性能具有较强的频率依赖性，随着x值的增加，NBT-xST陶瓷的居里温度逐渐向低温方向移动；NBT-xST陶瓷的矫顽场及剩余极化强度随着x值的增大而减小。0.74NBT-0.26ST陶瓷同时具有较

5、好的介电性能和储能特性，室温下介电常数εr为2331、介电损耗tanδ为7.6×10-4，储能密度γ可达0.3J/cm3，适合于介电储能应用。其次，以优化组成0.74(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.26SrTiO3陶瓷为基础体系，在A位引入Ba2+离子进行掺杂改性，制备了(0.74-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.26SrTiO3-xBaTiO3，系统研究了Ba2+掺杂量x对0.74NBT-0.26ST陶瓷的晶体结构、微观结构、介电性能与储能特性的变化规律。结果表明：随着Ba2+离子掺杂量x的增加，陶瓷从准立方相向四方相转变，在0.04≤x≤

6、0.06时存在两相共存区；随着x值增加，陶瓷晶粒逐渐被细化，且晶粒大小趋于均匀，提高了陶瓷的致密度。介电峰值温度T2+m随着Ba离子掺杂量x的增加向低温方向移动，从x=0的153℃下降到x=0.1的98℃，同时显著提高了介电常数峰值，从7831增加到9481。Ba2+离子的引入使陶瓷的铁电性减弱，矫顽场和剩余极化强度均降低，且在x=0.04处，陶瓷呈现出弱双电滞回线的现象，其储能密度可达0.47J/cm3，是纯0.74NBT-0.26ST陶瓷的1.55倍，并具有较高的能量效率为48.67%。因此，BT的掺杂有效拓展了NBT-ST陶瓷在储能领域的应用。最后，选

7、取0.7NBT-0.26ST-0.04BT陶瓷为基础体系，以外加MnCO3的形式引入Mn，外加摩尔量为x(x=0,0.1%,0.3%,0.5%,0.7%)，研究了不同Mn添加量对0.7NBT-0.26ST-0.04BT陶瓷的晶体结构、微观结构、介电性能与储能特性的变化规律。结果表明：Mn与0.7NBT-0.26ST-0.04BT形成固溶体时，Mn多以Mn2+和Mn3+离子的形式存在，掺杂后晶格常数发生变化，晶面间距增大，过量的Mn主要分布于晶界或三角晶界处抑制晶粒长大，大小晶粒紧密结合使得陶瓷致密度增大。适量添加Mn能有效提高陶瓷材料的耐压强度，且显著降低较

8、高温度下陶瓷的介电损耗。I介电峰值温度Tm随着Mn含