儲能鈮酸鹽微晶玻璃材料的制備、結構及性能研究.pdf

1、本文采用高溫熔融-可控析晶的方法制備了SrO-BaO-Nb2O5-B2O3(SBNB,下同)微晶玻璃。采用DSC、XRD、SEM、阻抗分析和電性能測試等方法研究了熱處理溫度、Sr/Ba比、添加Gd2O3和CeO2對 SBNB微晶玻璃的相組成、微觀結構、介電性能和儲能密度(J)的影響,得到的結果如下:
　　1.探討了熱處理溫度和 Sr/Ba比對 SBNB微晶玻璃相組成、微觀結構和電性能的影響:隨著溫度從700℃增至800℃,樣品析出

2、單相 Ba0.5Sr0.5Nb2O6,當溫度達到850℃,樣品開始出現(xiàn)第二相 SrNb2O6;介電常數(shù)隨熱處理溫度的增加呈先增大后降低的變化趨勢。當Sr/Ba≤0.82時,800℃熱處理的樣品中只析出主晶相Ba0.5Sr0.5Nb2O6,而Sr/Ba>0.82時,800℃時樣品則析出SrNb2O6主晶相;固定熱處理溫度時,樣品的介電常數(shù)隨著Sr/Ba比的增加而降低,而其擊穿強度則隨Sr/Ba比的增加而增加。經(jīng)800℃/3h熱處理樣品的綜

3、合性能最佳:ε=117,Eb=1050 kV/cm,理論儲能密度J=5.71 J/cm3,實際計算的儲能密度 Jc=1.01 J/cm3(電滯回線測試時的最大外加電場為600 kV/cm)。
　　2.系統(tǒng)研究了氧化釓對SBNB微晶玻璃的相組成、微觀結構和電性能的影響:結果表明,適量添加Gd2O3可以改善微晶玻璃的微觀結構,明顯優(yōu)化樣品的介電性能和儲能特性。添加Gd2O3可以提高基礎玻璃的穩(wěn)定性。經(jīng)630℃/2h+800℃/3 h熱

4、處理的所有樣品,其析出的晶體均為Ba0.5Sr0.5Nb2O6。添加0.5 mol.％Gd2O3的樣品具有最優(yōu)的介電性能:ε=136,Eb=1075 kV/cm,J=6.94 J/cm3。
　　3.仔細研究了稀土氧化鈰對SBNB微晶玻璃相組成、微觀結構、介電性能和儲能特性的影響:添加少量氧化鈰能夠抑制 Sr0.5Nb2O6雜相的生成,促進主晶相Ba0.5Sr0.5Nb2O6析出,并能優(yōu)化微晶玻璃的顯微結構。微晶玻璃樣品的介電常數(shù)與

5、擊穿強度均隨氧化鈰含量的增加呈先增加后減小的變化。隨CeO2含量的增加,微晶玻璃樣品的儲能密度 Jc、可釋放能量密度 Jd和未釋放能量密度 Ju均呈先增大后減少的變化趨勢。當氧化鈰的含量為0.5 mol.%時,樣品的綜合性能最佳:ε=144,Eb=1092 kV/cm,J=7.44 J/cm3, Jd=3.39 J/cm3,η=71.3%(極化曲線的外加電場600 kV/cm)。
　　4.利用交流阻抗譜探討了不同組成微晶玻璃的介電