稀土掺杂对铌酸钠基陶瓷介电及储能性能的影响

作     者：王传民 张海波 郭新 肖建中 张晓东 张顺平 谢兵 谭划 WANG Chuanmin;ZHANG Haibo;GUO Xin;XIAO Jianzhong;ZHANG Xiaodong;ZHANG Shunping;XIE Bing;TAN Hua

作者机构：华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 广东华中科技大学工业技术研究院广东东莞523808 

出 版 物：《硅酸盐学报》 (Journal of The Chinese Ceramic Society)

年 卷 期：2024年第52卷第4期

页      面：1240-1249页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(52202133) 广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515010373) 光谷实验室创新项目(OVL2023ZD001) 东莞市引进创新科研团队计划(2020607101007) 国家自然科学基金面上项目(52372109) 

主　　题：稀土掺杂 反铁电陶瓷 击穿场强 储能密度 

摘      要：随着对电子器件高度集成化、小型化的需求,电介质陶瓷逐渐成为脉冲电力电子系统中关键材料之一。其中,具有大的最大极化、小的剩余极化以及低的介电损耗的反铁电储能陶瓷逐渐成为最佳的储能陶瓷材料。采用固相反应法制备了Sm^(3+)掺杂的0.9NaNbO_(3)-0.1BiFeO_(3)(NN-BF)基弛豫反铁电陶瓷,化学式为(1–x)[0.9NaNbO_(3)-0.1BiFeO_(3)]-xSm_(2)O_(3)(x=0.01,0.02,0.03,0.04),系统地探究了Sm^(3+)掺杂对NN-BF基储能陶瓷物相结构、微观形貌、介电性能及储能性能的影响。结果表明:随着Sm^(3+)掺杂量的增加,储能陶瓷的晶粒尺寸和剩余极化均呈现先减小后增大的趋势,而击穿场强、最大极化、储能密度及储能效率均呈现先增大后减小的趋势。此外,由于Sm元素价态不稳定,适量掺杂Sm^(3+)可以稳定Fe^(3+)的价态,使NN-BF的反铁电相更加稳定。当Sm^(3+)的掺杂量为x=0.02时,NN-BF陶瓷反铁电相的稳定性以及铁电相的弛豫性均得到了增强,此时击穿场强达到438 KV/cm,室温下储能密度及储能效率分别为3.67 J/cm^(3)及71.63%,呈现较好的储能性能。