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柠檬酸钠与草酸铌合成NaNbO_3粉体的反应机理

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化学工程师 2011年第3期25卷 56-58页

作者：卞玉波姜恒苏婷婷宫红辽宁石油化工大学化学与材料科学学院辽宁抚顺113001

以柠檬酸钠和草酸铌为原料,采用热分解法合成了铌酸钠,研究了铌酸钠合成的反应机理。利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）,热重分析仪（TG）对前躯体进行分析。结果表明,在研磨过程中原料发生复分解反应,前躯体加热过程中,其分解主要发生... 详细信息

以柠檬酸钠和草酸铌为原料,采用热分解法合成了铌酸钠,研究了铌酸钠合成的反应机理。利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）,热重分析仪（TG）对前躯体进行分析。结果表明,在研磨过程中原料发生复分解反应,前躯体加热过程中,其分解主要发生在200~430℃温度段内,在425℃生成了铌酸钠（NaNbO3）。

关键词：前躯体铌酸钠热分解

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NaNbO基无铅储能介质陶瓷研究进展

硅酸盐学报 2024年

作者：王震涛李达赵维琛刘津男徐谛明周迪西安交通大学电信学部电子科学与工程学院

高性能环境友好型NaNbO3(NN)基储能介质陶瓷由于其功率密度高、放电时间短，在脉冲功率电子器件方面具有广泛的应用。优异的储能性能及其温度稳定性、抗疲劳特性及工艺重复性等综合性能是NN基无铅陶瓷被广泛应用的前提。本文主要综述近... 详细信息

高性能环境友好型NaNbO3(NN)基储能介质陶瓷由于其功率密度高、放电时间短，在脉冲功率电子器件方面具有广泛的应用。优异的储能性能及其温度稳定性、抗疲劳特性及工艺重复性等综合性能是NN基无铅陶瓷被广泛应用的前提。本文主要综述近几年来国内外有关NN基储能陶瓷的相结构调控、微观形貌优化、掺杂改性(A位、B位及A/B位共掺)以及相关机理研究方面的进展和动向。最后，对NN基无铅储能陶瓷在原料制备、烧结工艺、成型工艺、理论研究和器件研制方面的未来发展进行展望。

关键词：无铅反铁电陶瓷铌酸钠掺杂改性电介质储能

NaNbO–CaZrO–BiNaTiO三元系陶瓷的相结构与储能性能

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硅酸盐学报 2023年

作者：王子瑄李卓张家勇张静牛艳辉长安大学材料科学与工程学院

铌酸钠(NaNbO3)无铅陶瓷由于其无毒和出色的储能性能，在脉冲功率电容器领域吸引了越来越多的关注。然而，由于较大的有效储能密度(Wrec)和高的储能效率(η)不能同时实现，限制了其商业化。通过构建局部随机场，增加弛豫特性来提高储能... 详细信息

铌酸钠(NaNbO3)无铅陶瓷由于其无毒和出色的储能性能，在脉冲功率电容器领域吸引了越来越多的关注。然而，由于较大的有效储能密度(Wrec)和高的储能效率(η)不能同时实现，限制了其商业化。通过构建局部随机场，增加弛豫特性来提高储能性能的策略。采用传统固相法制备了(1–x)(0.96NaNbO3–0.04CaZrO3)–xBi0.5Na0.5TiO3(x=0.05， 0.10， 0.15， 0.20)反铁电储能陶瓷，研究了不同含量Bi0.5Na0.5TiO3对0.96NaNbO3–0.04CaZrO3陶瓷的相结构、微观形貌、介电性能和储能特性的影响。结果表明：随着Bi0.5Na0.5TiO3含量的增加，(1–x)(0.96NaNbO3–0.04CaZrO3)–xBi0.5Na0.5TiO3固溶体由反铁电正交P相(x≤0.10)转变为反铁电正交R相(x≥0.15)，同时介电峰向低温方向移动并变矮宽化，呈现出明显的弛豫特性。其中，0.85(0.96NaNbO3– 0.04CaZrO3)–0.15Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷在室温260 kV/cm的场强下展示出最好的储能性能(储能密度Wrec=1.614 J/cm3，储能效率η=83.97%)，且当温度在25～150 ℃变化时，表现出良好的温度的稳定性(Wrec变化幅度＜15%)，同时兼具良好的储能效率，是一种非常有前途的高温脉冲功率电容器材料。

关键词：铌酸钠反铁电陶瓷储能性能温度稳定性

(1-x)NaNbO-x(0.3BiNaTiO-0.7BiFeO)陶瓷的介电以及储能性能研究

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化学学报 2024年

作者：郭云凤王俊贤王泽星李家茂刘畅安徽工业大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究中心

采用常规固相法制备(1-x)NaNbO3-x(0.3Bi0.5Na0.5TiO3-0.7BiFeO3)[NN-x(BNT-BF)](x ＝ 0.05， 0.1， 0.15， 0.2)陶瓷，并对其物相组成、微观形貌、介电与储能特性进行系统研究。结果表明，随着BNT-BF含量的增加，NN-x(BNT-BF)陶瓷逐渐由正交反铁电P相和R相共存(x ＜ 0.1)转变为单一反铁电R相(x ≥ 0.1)，弛豫行为增强。BNT-BF掺杂显著改善了陶瓷的致密度，且陶瓷的平均晶粒尺寸随着掺杂量增大先减小后增大。同时取代NaNbO3的A位和B位可破坏NN原有的铁电长程有序结构，优化陶瓷的储能性能。在410 kV/cm的击穿场强(Eb)下，NN-0.2(BNT-BF)陶瓷的有效储能密度(Wrec)和储能效率(η)分别为2.54 J/cm3和89.24%，且在20-120 ℃的温度范围内具有高的温度稳定性。同时，高功率密度(PD＝ 49 MW/cm3)、大电流密度(CD＝ 406 A/cm2)和超快放电速度(t0.9＝ 35 ns)使得NN-0.2(BNT-BF)陶瓷在脉冲功率系统中具有潜在的应用前景。

关键词：铌酸钠介电性能储能性能温度稳定性充放电性能

BNBST-NN储能陶瓷的组成设计及其性能调控机制研究

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BNBST-NN储能陶瓷的组成设计及其性能调控机制研究

作者：金正权安徽建筑大学

学位级别：硕士

随着能源存储技术的快速发展,电子元器件往小型化、高效化的方向发展,让具有快充放电速度和高功率密度的电介质电容器材料得到了广泛的研究。本文分别以Na Nb O(NN)反铁电陶瓷和0.5BiNaTi O-0.5BaSrTi O(BNBST)弛豫铁电陶瓷为研究对象,... 详细信息

随着能源存储技术的快速发展,电子元器件往小型化、高效化的方向发展,让具有快充放电速度和高功率密度的电介质电容器材料得到了广泛的研究。本文分别以Na Nb O(NN)反铁电陶瓷和0.5BiNaTi O-0.5BaSrTi O(BNBST)弛豫铁电陶瓷为研究对象,通过组成设计来改善其储能性能。具体研究工作如下:(1)NN是近年来研究广泛的反铁电陶瓷。然而,NN陶瓷在外加电场下发生不可逆的反铁电-铁电(AFE-FE)相变,表现出具有更大P的方形P-E电滞回线,限制了其在储能方向的进一步发展。本文采用局部随机场弛豫策略,设计并制备了一种新型无铅弛豫铁电陶瓷(1-x)Na Nb O-x(0.5BiNaTi O-0.5BaSrTi O)[(1-x)NN-x BNBST,x=0、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30]。介电测试结果表明,BNBST的加入显著改善了NN的弛豫行为,NN基陶瓷的储能密度(W)和储能效率(η)得到有效提高。当x=0.2时,陶瓷在130 k V/cm的低电场下实现了较高的有效储能密度(W=2.02 J/cm)和储能效率(η=63%)。同时,x=0.2样品在不同温度和频率下储能性能测试和充放电测试的结果表明,它是一种有前景的脉冲储能电容器材料。(2)由上一章研究可知,BNBST陶瓷是一种比较好的弛豫组分,但其本身由于存在极性三方相(R3c)与弱极性四方相(P4bm)两种相结构。而在外加电场的作用下,具有极性的三方相R3c又会转变为长程有序的铁电结构,导致其表现出较大的P,限制了其储能领域的应用。本章通过向BNBST陶瓷中加入NN,调控相组成,促使极性相R3c相向弱极性相P4bm相转变来降低P,提高储能性能。设计制备了(1-x)(0.5BiNaTi O-0.5BaSrTi O)-x Na Nb O[(1-x)BNBST-x NN,x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25]系列陶瓷。铁电测试结果显示,x=0.1的陶瓷样品在140 k V/cm下实现了高的有效储能密度(W=2.58 J/cm)和储能效率(?=91%)。在40～140℃温度范围内的脉冲充放电测试结果表明,x=0.1的陶瓷样品具有高且稳定的放电能量密度(W≥1.11 J/cm)和超快的充放电速率(t≤0.05μs)。(3)上章研究发现,虽然0.9BNBST-0.1NN陶瓷样品表现出较好的储能特性,但距离实际应用还有一定差距。本章通过掺杂稀土离子来进一步优化0.9BNBST-0.1NN陶瓷样品的组成结构,提高其储能特性。制备了0.9(0.5BiNaTi O-0.5BaSrTi O)-0.1Na Nb O+x wt%GdO(简写为0.9BNBST-0.1NN+x Gd,x=0,0.5,1,2.5,3)系列陶瓷。铁电测试结果显示,其中x=2.5的陶瓷样品在250 k V/cm下,获得了W=4.86 J/cm的高储能密度和η=86%的高储能效率。进一步的阻抗测试结果表明,其机制主要是由于适当Gd的引入,可以降低氧空位浓度,提高活化能,绝缘性增强,导致其具有更高的抗击穿能力。脉冲充放电测试结果表明,GdO的引入并不会改变0.9BNBST-0.1NN陶瓷的放电能量密度和放电速率。x=2.5陶瓷样品在140 k V/cm,40～140℃温度范围内表现出稳定的放电密度(W≥1.44 J/cm)和超快放电速率(t≤0.056μs)。图:[114]表:[2]参:[131]

关键词：弛豫铁电陶瓷铌酸钠反铁电陶瓷储能特性

NaNbO3基电子陶瓷的制备及电学性能研究

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NaNbO3基电子陶瓷的制备及电学性能研究

作者：冯游西安工业大学

学位级别：硕士

无铅介电材料可以用于制备储能电容器,其具有以下优点:1)具有比较高的介电常数,2)具有比较低的介电损耗,3)具有较好的频率稳定性,4)具有很好的温度稳定性。其中,铌酸钠(Na Nb O,简称NN)陶瓷具有密度小、成本低、具有较高击穿场强、无铅... 详细信息

无铅介电材料可以用于制备储能电容器,其具有以下优点:1)具有比较高的介电常数,2)具有比较低的介电损耗,3)具有较好的频率稳定性,4)具有很好的温度稳定性。其中,铌酸钠(Na Nb O,简称NN)陶瓷具有密度小、成本低、具有较高击穿场强、无铅无毒等优点,又同时具备高的居里温度,被认为是最具潜力的绿色储能陶瓷材料之一。本论文以NN为基体陶瓷,掺杂不同价态的离子和不同结构的铁电体第二组元,进行组分优化、工艺改进,实现微观结构的调控,进而提升弛豫特性,开发高储能密度和高能量转换效率的NN基储能陶瓷,并对制备出的陶瓷进行相关性能研究。(1)BiO的适当加入可以抑制晶体的生长,促进击穿场强E的提升;Sr离子的引入可以一定程度上打破铁电畴内部的长程有序结构,诱导产生极性纳米区(PNRs)。通过向Na Nb O中固溶第二组元(SrBi)Ti O,设计制备出(1-x)Na Nb O-x((SrBi)Ti O)(简记为(1-x)NN-x SBT,x=0mol%,40mol%,45mol%,50mol%)储能陶瓷。并对其进行晶粒结构、物相生产、介电、铁电等特性的测试分析。结果表明,SBT可以均匀的进入NN基中形成固溶体。SBT的引入使得陶瓷样品的晶粒尺寸减小,对应的极化差值增大,使得(1-x)NN-x SBT陶瓷的P-E曲线由“饱和”变为“接近线性”。当x=0.45时,(1-x)NN-x SBT陶瓷表现出最佳性能:E=370 k V/cm,W=2.56 J/cm,W=1.96 J/cm,η=76.6%;当x=0.40时,(1-x)NN-x SBT陶瓷表现出高的能量转换效率η=85.8%。另外,0.55NN-0.45SBT陶瓷在200 k V/cm条件下表现出显著的温度稳定性(20℃～140℃下,储能密度变化范围在9%以内)和频率稳定性(5Hz～200Hz下,储能密度变化范围在3.7%以内),还表现出较高的功率密度(13.16 MW/cm)、较大的电流密度(164.53A/cm)和短暂的放电时间(2.10μs)。(2)Li离子的引入有利于增强离子键,导致P的降低。采用Bi(LiTi)O与Na Nb O固溶构建无铅储能陶瓷体系(1-x)Na Nb O-x Bi(LiTi)O(简记为(1-x)NN-x BLT,x=8mol%,10mol%,12mol%,14mol%)。本实验采用固相烧结法制备样品,压片方式采用冷等静压压制,避免了传统加胶可能导致陶瓷片分层的缺点,最终制备出一系列晶粒均匀、没有明显气孔的NN陶瓷样品,对预烧粉末进行XRD测试显示BLT成功进入NN陶瓷中,对最佳烧结温度下的(1-x)NN-x BLT陶瓷测试发现,随着BLT含量的增加,介电温谱的介电峰值温度T逐渐向低温方向移动,并且弥散因子增强,这表明掺杂的第二组元对陶瓷的弛豫特性有增强作用。0.88NN-0.12BLT陶瓷表现出本组实验中最佳的储能特性:E=230 k V/cm,W=2.55 J/cm,W=1.55 J/cm,η=61.0%;0.86NN-0.14BLT在击穿强度E=160 k V/cm时,表现出较高的能量转换效率η=77.9%。另外,0.88NN-0.12BLT陶瓷在200 k V/cm条件下表现出良好的温度稳定性(20℃～120℃下,储能密度变化范围在9.5%以内)和频率稳定性(5Hz～200Hz下,储能密度变化范围在13%以内),还表现出较高的功率密度(14.25 MW/cm)、大的电流密度(178.08A/cm)和短暂的放电时间(1.82μs)。(3)Ba离子的引入,极大促进极性团簇的高激发极化状态,设计第二组元BaSrTi O(简称BST)。掺杂Bi离子设计新的第一组元NaBiNb O(简称NBN)作为基体,利用固态反应法成功制备出(1-x)NaBiNb O-x BaSrTi O(简记为(1-x)NBN-x BST,x=10mol%,20mol%,30mol%,40mol%)。陶瓷预烧粉末XRD均呈现典型的钙钛矿结构,随着BST含量的逐步增加,晶面间距呈增大趋势,第二组元充分进入NBN基,形成均匀固溶体。陶瓷的击穿场强先增大后减小,在x=0.30时呈现最大,E=445 k V/cm,0.70NBN-0.30BST陶瓷在最佳烧结温度下,表现出良好的储能特性:W=4.47 J/cm,W=3.47 J/cm,η=77.4%;0.90NBN-0.10BST和0.60NBN-0.40BST均表现出大于80%的能量转换效率。另外,0.70NBN-0.30BST陶瓷在300 k V/cm条件下表现出显著的温度稳定性(20℃～160℃下,储能密度变化范围在11.2%以内)和频率稳定性(5Hz～500Hz下,储能密度变化范围在13%以内),还表现出较高的功率密度(9.87 MW/cm)和短的放电时间(1.38μs)。

关键词：铌酸钠功能陶瓷无铅储能陶瓷储能密度储能效率

Fe对NaNbO_3的晶格掺杂和同步异质结改性及其光催化性能

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化学学报 2016年第12期74卷 995-1002页

作者：崔素珍杨汉培孙慧华聂坤吴俊明河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室河海大学环境学院南京210098

运用溶剂热法及继之的高温晶化法制备钙钛矿结构NaNbO_3,并在此基础上同步获得了NaNbO_3晶格内Fe^(3+)的掺杂和NaNbO_3晶格外α-Fe_2O_3的异质结复合.观察到了同步改性NaNbO_3对水体罗丹明B(RhB)光催化降解效率的显著提升,最适Fe含量的... 详细信息

运用溶剂热法及继之的高温晶化法制备钙钛矿结构NaNbO_3,并在此基础上同步获得了NaNbO_3晶格内Fe^(3+)的掺杂和NaNbO_3晶格外α-Fe_2O_3的异质结复合.观察到了同步改性NaNbO_3对水体罗丹明B(RhB)光催化降解效率的显著提升,最适Fe含量的改性NaNbO_3对罗丹明B 1 h内的降解率可达95%,表观一级动力学速率常数为改性前NaNbO_3的近7倍.运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微(SEM)、X光电子能谱(XPS)、光致发光(PL)光谱、低温N2吸附-脱附(BET法),电子自旋共振光谱(ESR),紫外-可见漫反射光谱(DRS)及光致电流检测等表征和测量探明改性体系的组成及结构,并表明Fe^(3+)对Nb5+的掺杂取代可通过杂质能级形成、电子和空穴捕获以及溶氧吸附的促进从而有利于对罗丹明B的光催化降解;适量α-Fe_2O_3晶格外复合改性NaNbO_3可通过NaNbO_3与α-Fe_2O_3异质结间电子的跃迁和流动提高复合催化剂的光量子效率.Fe对NaNbO_3晶格内外改性促活的实质可能在于光生载流子迁移的促进和对其复合的抑制.

关键词：铌酸钠铁改性光催化罗丹明B 促活机制

NaNbO_(3)基无铅储能介质陶瓷研究进展

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1460-1476页

作者：王震涛李达赵维琛刘津男徐谛明周迪西安交通大学电信学部电子科学与工程学院西安710049

高性能环境友好型NaNbO_(3)(NN)基储能介质陶瓷由于其功率密度高、放电时间短,在脉冲功率电子器件方面具有广泛的应用。优异的储能性能及其温度稳定性、抗疲劳特性及工艺重复性等综合性能是NN基无铅陶瓷被广泛应用的前提。本文主要综述... 详细信息

高性能环境友好型NaNbO_(3)(NN)基储能介质陶瓷由于其功率密度高、放电时间短,在脉冲功率电子器件方面具有广泛的应用。优异的储能性能及其温度稳定性、抗疲劳特性及工艺重复性等综合性能是NN基无铅陶瓷被广泛应用的前提。本文主要综述近几年来国内外有关NN基储能陶瓷的相结构调控、微观形貌优化、掺杂改性(A位、B位及A/B位共掺)以及相关机理研究方面的进展和动向。最后,对NN基无铅储能陶瓷在原料制备、烧结工艺、成型工艺、理论研究和器件研制方面的未来发展进行展望。

关键词：无铅反铁电陶瓷铌酸钠掺杂改性电介质储能

无铅储能陶瓷及FeCo合金薄膜的电学与磁学特性研究

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无铅储能陶瓷及FeCo合金薄膜的电学与磁学特性研究

作者：罗卫娴广州大学

学位级别：硕士

随着世界工业产能的大幅增加,以及化石燃料的消耗日益增加,使得能量的储备和供应严重不足,关于可持续、高能量密度的新能源材料的研究引起了广泛的关注。无铅储能陶瓷因其超快的充放电特点以及优异的储能性能,引起了许多研究人员的兴趣... 详细信息

随着世界工业产能的大幅增加,以及化石燃料的消耗日益增加,使得能量的储备和供应严重不足,关于可持续、高能量密度的新能源材料的研究引起了广泛的关注。无铅储能陶瓷因其超快的充放电特点以及优异的储能性能,引起了许多研究人员的兴趣。无铅储能陶瓷的研究主要集中在NaBiTi O(BNT)、Na Nb O(NN)以及KNaNb O(KNN)基陶瓷,许多学者通过化学修饰、结构设计以及改进制备工艺等方法进一步提高陶瓷的储能性能。但在实际应用中,陶瓷电容器的储能密度较低,因而探索具有更高能量密度的无铅储能陶瓷是十分重要的。随着信息量高速发展,人们对于信息高速存储和处理的需求日益增长。磁性材料的超快磁化(自旋)动力学以及其微观物理机制的分析为发展超高速的磁学器件、信息高速存储、传输以及处理等领域提供了重要的理论依据。自首次在实验上观察到亚皮秒时间尺度的超快退磁现象以来,超快退磁动力学引起了物理学的新兴趣,并且已经取得了一些重要进展。然而,对于不同材料的超快退磁动力学,其内在机制解释以及各种相互作用因素对于超快退磁动力学的影响还未获得清晰的理解。因而需要更深入地研究不同材料的超快退磁动力学的内在机制,以便更好地理解这些过程,并为开发更高效的磁性材料和磁性器件提供指导。本文的具体研究结果论述如下:(1)通过固相反应法制备(1-x)NaBiTi O-x Na Nb O。SEM结果表明,适量的NN掺杂可以抑制BNT基陶瓷的晶粒生长,使得样品的晶粒更加细小,内部缺陷更少,从而具有较高的储能性能。XPS分析证实,NN的掺杂抑制了BNT基陶瓷中Ti向Ti的还原,有利于提高样品的铁电性能。当x=0.5,在E为286 k V/cm时,该组分陶瓷获得了高达5.14 J/cm的储能密度W和79.65%的储能效率η。此外,NN掺杂提高了BNT基陶瓷在可见光范围内的透过率,从～26%(x=0.2)提高到～32%(x=0.5)。根据这些发现,BNT-x NN陶瓷可以作为一种潜在的透明储能电容器。(2)通过固相反应法制备出0.8Na Nb O-(0.2-x)Sr Ti O-x Bi Fe O。SEM结果表明BFO的掺杂可以抑制NN-ST陶瓷的晶粒生长,但是过量掺杂会引起陶瓷内部产生气孔和缺陷。介电性能测试分析,表明掺杂适量的BFO可以提高陶瓷的弛豫特性。铁电测试结果显示,0.8NN-0.18ST-0.02BFO具较大的E和P,在233 k V/cm的电场作用下获得了高达4.01 J/cm的W和86%的η,意味着掺杂适量的BFO可以提高NN-ST陶瓷的储能性能。此外,利用传统固相反应法制备(1-x-y)NaBiTi O-x Na Nb O-y Bi Fe O陶瓷。介电性能测试表明,同时掺杂NN和BFO可以增强BNT基陶瓷的弛豫行为。0.7BNT-0.2NN-0.1BFO陶瓷具有较大的P和ΔP,在～256 k V/cm电场强度下获得较高的W(4.22 J/cm)以及69.1%的η。结果表明,将NN和BFO同时引入BNT基陶瓷中,可以改善BNT基陶瓷的储能性能。(3)最后利用时间分辨磁光克尔系统(TR-MOKE)测量Fe Co合金薄膜的超快退磁动力学,利用卷积模型对实验结果进行拟合,讨论并分析Fe Co合金薄膜的激发强度依赖和外磁场依赖超快退磁动力学。退磁时间常数τ总体上表现出激发强度依赖,表现出典型的由EY机制主导退磁的特征。自旋-晶格弛豫时间τ逐渐增大,因为随着激发强度的增加导致磁各向异性减弱得更明显。热扩散常数τ随着激发强度的增加而增加,因为高能脉冲序列会提高衬底的平衡温度。样品的超快退磁时间τ不呈现出明显的外磁场依赖,是由于外磁场与Fe Co自旋的相互作用较弱。τ和τ表现出较明显的外磁场依赖,经分析可能源于外磁场作用下的自旋-晶格耦合增强以及弱磁化进动。上述结果加深了对软磁过渡金属合金薄膜中超快退磁与磁化恢复的动力学特性及机理的认识。

关键词：无铅储能陶瓷钛酸铋钠铌酸钠超快退磁