西安交大採用軋膜工藝製備出高質量的鈦酸鋇基薄層化陶瓷

2020-11-23 騰訊網

科技日報記者 史俊斌

記者7日從西安交通大學獲悉，該校電信學部電子學院魏曉勇教授團隊無鉛弛豫鐵電陶瓷組分設計中，提出了「極化失配」理論，採用軋膜工藝製備了高質量的BT-BMT薄層化陶瓷，展現出重要的工程應用價值。該研究成果以《通過納米尺度極化失配與重構在鈦酸鋇基弛豫鐵電陶瓷中實現超高儲能密度》為題，近日在國際材料科學領域著名期刊Nano Energy （納米能源）上在線發表。

BT-BMT介質儲能材料具有溫度穩定的高儲能密度及儲能效率

作為電能存儲方式的一種，陶瓷基介電儲能電容器是諸多脈衝功率電子系統，包括電動汽車、配電裝置、脈衝功率武器等領域的核心模塊。目前，相關軍事、民用領域對介電儲能電容器提出了小型化、集成化及低功耗的需求，而開發具有更高儲能特性的電介質材料則成為滿足當前需求的關鍵。

西安交通大學電信學部電子陶瓷與器件教育部重點實驗室博士後胡慶元告訴科技日報記者，理想的儲能電容器介質材料需要具有高飽和極化、低剩餘極化以及高擊穿電場。弛豫鐵電體因其特有的低滯回、高耐壓、耐疲勞等優勢，被認為是一種極具潛力的介電儲能電容器電介質材料。然而，綜合性能優異的材料體系成為制約儲能電容器進一步發展和應用的主要問題。

為獲得無鉛弛豫鐵電陶瓷體系中高儲能性能信息，西安交大科研人員在陶瓷組分設計中提出了「極化失配」理論，即在A位耦合鐵電體與B位耦合鐵電體的固溶體中，存在A位和B位極化均無法建立的中間組分。該課題組採用軋膜工藝製備了高質量的BT-BMT薄層化陶瓷，其最佳儲能密度和效率分別可達4.49J/cm3（焦耳每立方釐米）和93%，材料性能在30~170oC範圍內表現出良好的穩定性，儲能密度和效率變化率在5%以內，與目前報導的儲能介質瓷料相比具有顯著優勢，展現出重要的工程應用價值。

據悉，該課題組製備了BT-BMT大尺寸高壓電容器，在50kV（千伏）電壓下放電電流可達2.2kA（千安）。

來源：科技日報

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