高儲能密度脈沖電容器用馳豫及反鐵電材料的研究.pdf

1、脈沖功率技術(shù)及脈沖功率裝置的迅速發(fā)展要求開發(fā)出具有高儲能密度、大輸出電流、很長的充放電壽命等優(yōu)越性能的陶瓷電容器。本文以細(xì)電滯回線弛豫鐵電材料鈮鎂酸鉛(PMN)和反鐵電鋯鈦酸錫鉛(PZST)為研究對象,采用傳統(tǒng)的電子陶瓷工藝,制備了稀土元素、鈦酸鍶摻雜的PMN陶瓷、鑭和鈮摻雜的PZST60/31/9陶瓷電容器。利用XRD、SEM、介電溫譜、介頻譜、電滯回線、拉曼光譜、高壓放電測試手段,對材料的組份、結(jié)構(gòu)與性能特征進行系統(tǒng)研究。
　

2、　 首先利用低介電損耗的鈦酸鍶(SrTiO3)對0.9PMN-0.1PT陶瓷進行改性。隨著鈦酸鍶摻雜濃度增加,介電峰值減小且介電峰進一步寬化,室溫下的介電損耗減小,介頻穩(wěn)定性和介電常數(shù)溫度系數(shù)得到了改善。0.97(0.9PMN-0.1PT)-0.03ST獲得了較佳的介電性能(ε=17546,tanδ=1.37％,25℃)。在10～85℃溫度范圍內(nèi),介電常數(shù)變化-49.3％,介電損耗小于4％,符合Z5U電容器的技術(shù)指標(biāo)。
　　

3、采用稀土元素(La2O3、Er2O3、Y2O3、Sm2O3、Ho2O3)對PMN進行摻雜改性,稀土的摻入表現(xiàn)出抑制晶粒長大的作用。隨著稀土摻雜濃度增加,PMN陶瓷介電峰值和介電損耗減小,相變彌散度增加,介頻穩(wěn)定性和介電溫度穩(wěn)定性得到改善。
　　 采用鑭和鈮對PZST60/31/9陶瓷分別進行A位和B位摻雜。摻入2 mol％鑭和鈮后,PZST60/31/9陶瓷介電峰朝遠(yuǎn)離居里點的高溫移動且變得陡峭,介電峰值增大。保持鈮含量不變,繼

4、續(xù)摻入2 mol％鑭,介電峰略向低溫移動且變得平緩,介電峰值略有減小,相轉(zhuǎn)變溫度朝室溫方向移動,以PLZST4/60/31/9陶瓷獲得了較佳的介電性能(ε=831,tanδ=0.28％)。
　　 對鈮鎂酸鉛和鋯鈦酸錫鉛陶瓷電容器進行高壓放電測試。隨著測試電壓的增加,電流峰值變大,電流衰減的時間也變長。PMN陶瓷的耐壓強度達到了59.5 KV/cm,獲得了較高的儲能密度(0.656 J/cm3)。電場約為35 KV/cm時,0.9

5、7(0.9PMN-0.1PT)-0.03ST陶瓷最大放電電流高于1600 A,而PMN陶瓷僅達到約570 A,但二者的儲能密度相差不大。PMN陶瓷在35.7 KV/cm的電場下放電電流為576 A,而Pb0.99La0.01Mg0.337Nb0.663O3陶瓷在較低的電場下(28.6 KV/cm)放電電流達到了666 A。PLZST2/60/31/9陶瓷在33.9 KV/cm電場下儲能密度為0.047 J/cm3,略大于PZST60/3