Nb掺杂对Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4)O_(15)铋层状高温压电陶瓷电学性能影响研究

采用固相反应法制备了Ca_(0.94)Ce_(0.06)Bi_(4)Ti_(4-x)Nb_(x)O_(15)(CCBTN)铋层状高温压电陶瓷,研究了B位Nb掺杂对陶瓷晶体结构、微观形貌、介电、压电性能的影响规律。结果表明:制备的CCBTN陶瓷均具有单一的铋层状结构相,少量Nb掺杂有利于陶瓷压电常数及热稳定性能的提升。当Nb掺杂量x=0.06时,陶瓷具有最高的压电常数(d33=19.2pC·N^(-1)),是纯CBT陶瓷压电常数(d33=8 p C·N^(-1))的2.4倍,且退火至500℃时其压电常数仍保持室温值的90%以上,表现出较优异的热稳定性。同时,该陶瓷具有高的居里温度(Tc=769℃)、低的介电损耗(tanδ=0.65%)及高的电阻率(ρdc=2.0×10^(7)Ω·cm@500℃),是高温压电传感器制作的优异候选材料。

A位稀土离子La^(3+)掺杂BNBST弛豫铁电陶瓷的储能特性增强研究

在A位稀土离子La^(3+)掺杂BNBST中设计Sr^(2+)空位进行电荷补偿,采用传统固相法制备了Bi_(0.3)Na_(0.3)Ba_(0.12)Sr_(0.28-1.5x)□_(0.5x)La_(x)TiO_(3)陶瓷(缩写为BNBSLxT,x=0、0.01、0.03、0.05、0.07),研究了不同La^(3+)离子掺杂量对陶瓷相结构、微观结构、介电性能及储能特性的影响。结果表明:所有陶瓷均为单一钙钛矿结构,La^(3+)掺杂可细化晶粒。随着La^(3+)掺杂量增加,陶瓷的剩余极化值大幅度降低,电滞回线从“宽胖型”转变为“细长型”,显著增强了储能特性。BNBSL0.05T陶瓷具有高介电常数ε_(r)(>2000@1 kHz)和低介电损耗tanδ(<10^(-2)@1kHz),在95 kV/cm电场下的储能密度和效率分别为W_(rec)=1.56 J/cm^(3)和η=85.88%,同时具有良好的温度、频率和循环稳定性,可作为低电场下高储能密度脉冲功率陶瓷电容器的候选材料。

B位稀土Y^(3+)掺杂增强BNBST弛豫铁电陶瓷的介温稳定性与储能特性研究

采用固相法制备了(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.65)(Ba_(0.3)Sr_(0.7))_(0.35)Ti_(1-x)Y_(x)O_(3)(缩写为BNBSTY_(100x),x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10)陶瓷,系统研究了B位稀土Y3+掺杂对BNBST陶瓷的相结构、微观结构、介电性能及储能特性的影响。结果表明:当Y^(3+)掺杂量较少时(x≤0.04),陶瓷呈现单一的赝立方钙钛矿结构;当Y^(3+)掺杂量较大时(x≥0.06),出现了第二相Y_(2)Ti_(2)O_(7)。Y^(3+)掺杂后,陶瓷晶粒逐渐细化且致密度及均匀性良好,陶瓷的介电峰逐渐被抑制并拓宽展平,介温稳定性获得改善,提高了高温条件下的阻抗值。同时,陶瓷的P-E电滞回线显著变细,所制备的BNBSTY_(6)陶瓷在100 kV·cm^(-1)的低电场下实现了高的有效储能密度(Wrec=1.27 J·cm^(-3))和储能效率(η=89%),并具备良好的温度、频率稳定性和抗疲劳循环特性,可作为陶瓷电容器候选材料在较宽温度范围内使用。

CoMoO_(x)纳米结构的可控合成及其高能量密度的非对称超级电容器

超级电容器在能源供电应用中显示出高功率密度和长期循环寿命。多元金属氧化物伴随多价阳离子、多种充电/放电动力学而成为有前途的超级电容器电极材料。然而,多元金属氧化物形貌难以控制,且调控方法过于复杂。以泡沫镍为基体,利用简单的一步水热合成法在其表面生长CoMoO_(x)纳米结构。通过调控Co∶Mo摩尔比来实现对Co_(0)Mo_(1)O_(x)超薄纳米片、Co_(1)Mo_(2)O_(x)交织纳米片、Co_(1)Mo_(1)O_(x)纳米花和Co_(2)Mo_(1)O_(x)纳米柱结构的可控合成。其中,Co_(1)Mo_(1)O_(x)纳米花独特的结构使其表现出高的比电容和优异的循环稳定性,在电流密度为5 A·g^(-1)下的比电容高达1628.8 A·g^(-1),优于大量先进的Co基和Mo基电极材料,且在2000圈的恒流充放电(GCD)测试后仍然能够保留93.5%的比电容。此外,Co_(1)Mo_(1)O_(x)纳米花和活性炭(AC)组装的非对称超级电容器(ASCs)表现出高的能量密度,在4 kW·kg^(-1)的功率密度下能量密度高达79.3 kW·kg^(-1)。该工作提供了一种多元金属氧化物纳米结构的可控合成策略,丰富了自支撑、无黏结剂、高储能特性的赝电容超级电容器电极材料。

第二相CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)改性BSBNT弛豫铁电陶瓷的结构和介电储能性能研究

采用固相法制备了(Ba_(0.3)Sr_(0.7))_(0.35)(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.65)TiO_(3)-xwt%CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(BSBNT-xwt%CCTO,其中x=5,10,15,20)陶瓷,研究了CCTO含量对BSBNT陶瓷的相结构、显微结构和电学性能影响。当x≤15时,陶瓷存在BSBNT和CCTO两相;而当x=20时,检测出少量的CuxOy氧化物相。CCTO的引入使得陶瓷晶粒尺寸明显降低,且保持良好的致密度。同时,陶瓷的介电峰逐渐展宽,温度稳定性TCC150℃获得提高,介电常数与损耗也呈现良好的频率稳定性。随着CCTO含量增加,BSBNT-xwt%CCTO陶瓷的电滞回线逐渐向“细长”型转变。在E=80 kV/cm电场强度下,BSBNT-10wt%CCTO陶瓷具有优化的能量密度Wrec=0.72 J/cm^(3),相应效率η=63.4%,可用于脉冲功率电容器制作。

KNN对BNBST陶瓷储能特性的影响

具有优异储能特能及温度稳定性的电介质电容器是电子工业的理想选择。可用于脉冲功率系统的无铅弛豫铁电陶瓷电容器在低电场条件下表现出较低的有效储能密度(W_(rec))。为了解决这一问题,采用传统固相法设计并制备了Ba_(0.105)Na_(0.325)Bi_(0.325)Sr_(0.245)TiO_(3+x)%K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(BNBST-x%KNN,摩尔分数,x=0、2、4、6、8、10、12)陶瓷,研究了不同KNN掺杂量对BNBST陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能、储能特性和充放电特性的影响规律。结果表明:当x=6时,在较低电场(@140 kV/cm)下即可获得较大的有效储能密度(W_(rec)=1.8 J/cm^(3))和较高的储能效率(η=86%)。同时,BNBST-6%KNN陶瓷在–8~215℃的宽温度范围内获得了3128±15%(@1 kHz)的高介电常数,并在80 kV/cm,20~180℃,10000次电循环等条件下,其电储能均保持良好的温度、频率稳定性与抗疲劳特性。此外,BNBST-6%KNN陶瓷的功率密度P_(D)、放电密度W_(d)在20~140℃温度区间内均能维持良好的温度稳定性,说明其可作为低电场驱动高储能密度脉冲功率电容器制作的候选材料。