稀土Ce摻雜SrTiO3基儲能陶瓷的制備及其儲能性能的研究.pdf

1、SrTiO3基儲能介質(zhì)陶瓷材料是一種常見的電介質(zhì)材料，它是一種重要的儲能介質(zhì)材料，具有擊穿強度高，介電損耗低等優(yōu)點，在制備高儲能密度的材料方向上有很大的優(yōu)勢。如果能制備出一種既能保證SrTiO3陶瓷的低介電損耗，又能提高它的介電常數(shù)和擊穿強度，這樣一來，體系的儲能密度就能得到提高。前人已做過類似的研究，他們發(fā)現(xiàn)微量稀土元素摻雜功能陶瓷后，會對其微觀結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)，燒結(jié)性能，電學(xué)性能以及介電性能有所影響。本論文的主要目標是提高SrTiO3基

2、儲能陶瓷的儲能性能，我們選擇稀土元素Ce，氧化物MgO作為摻雜原料，對SrTiO3陶瓷進行摻雜改性，盡量提高體系的介電常數(shù)和擊穿強度，從而達到提高其儲能性能的目的。
　　本論文使用傳統(tǒng)固相法來制備Sr1-3/2xCexTiO3基儲能陶瓷，研究了Ce的摻雜對該體系的燒結(jié)性能，晶體結(jié)構(gòu)，顯微性能，介電性能以及耐壓性能等方面的影響。實驗結(jié)果表明，少量的CeO2摻雜并不會影響SrTiO3基陶瓷的基本的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并且由于摻雜量較小，Ce元

3、素全部進入晶格，在XRD分析圖譜上可以明顯發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)第二相的情況。其他測試結(jié)果表明，Ce的加入，會使得SrTiO3陶瓷體系的介電性能有一定的影響，隨著摻雜量的增大，Sr1-3/2xCexTiO3陶瓷體系的介電常數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其中，當x=0.010時，陶瓷體系的介電常數(shù)由300多急劇增大到2513，而介電損耗沒有明顯的變化，均處于較低的水平（0.8％~1.1%）。當x=0.010時，Sr1-3/2xCexTiO3基儲能陶瓷獲

4、得最佳的介電性能，其介電常數(shù)εr=2513，介電損耗tanδ=0.8%；當x=0.015時，Sr1-3/2xCexTiO3基儲能陶瓷獲得最佳儲能性能，此時的擊穿強度Eb=17.94kV/mm，儲能密度為W=0.897J/cm3，儲能效率為98.63%。
　　研究了氧氣氣氛下處理，對Sr1-3/2xCexTiO3（x=0.005,0.010,0.015,0.020）各組分的顯微性能，介電性能以及儲能性能的影響。當x=0.010時，介

5、電常數(shù)取得最大值，此時的常溫介電常數(shù)εr=754，介電損耗為0.8%，介電常數(shù)變化的總體趨勢不變，依舊隨著CeO2摻雜量的增大而先增大后減小。處理后的陶瓷體系的耐壓性能明顯提升，儲能密度也提高了許多，當x=0.010時，經(jīng)過氧氣氣氛處理的樣品擊穿強度取得最大值Eb=22.4kV/mm，其儲能密度為1.33J/cm3，儲能效率為96.37%。除此之外，我們還研究了MgO摻雜Sr0.985Ce0.010TiO3體系對該體系介電常數(shù)，儲能密度