SrTiO3-MgO儲能陶瓷的結(jié)構(gòu)與介電性能研究.pdf

1、儲能陶瓷的性能很大程度上依賴于陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)結(jié)構(gòu)。SrTiO3陶瓷作為高儲能密度陶瓷有良好的應(yīng)用背景,但SrTiO3陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)、電學(xué)結(jié)構(gòu)及儲能性能之間關(guān)系的報道較少,變化關(guān)系尚不明確。因此本文以SrTiO3陶瓷為研究對象,開展了以下工作:
　　 (1)采用固相法制備SrTiO3+xwt％MgO陶瓷(x=0,0.5wt%,1.0wt%,4.0wt%,10.0wt%,20.0wt%),改變MgO與SrTiO3的相對含量,研

2、究其對陶瓷物相、顯微結(jié)構(gòu)、介電性能、電學(xué)結(jié)構(gòu)的影響以及它們之間的關(guān)系。XRD表明固相法制備的SrTiO3+xwt%MgO陶瓷x＜1.0wt%時,體系為單相結(jié)構(gòu);當(dāng)x＞1.0wt%時,陶瓷以鈣鈦礦的SrTiO3和鹽石結(jié)構(gòu)的MgO兩相形式存在。X從0增大到20.0wt%,MgO相存在于SrTiO3晶粒形成的三角晶界處,陶瓷平均晶粒尺寸由3.28μm減小到0.75μm,陶瓷室溫介電常數(shù)也由300.01減小到162.02,介電損耗維持在0.00

3、3以下,室溫介電常數(shù)滿足良好的頻率穩(wěn)定性和偏壓穩(wěn)定性。陶瓷高溫介電弛豫是由熱激活的界面極化弛豫引起,但Mg2+溶入SrTiO3晶格改變了陶瓷的弛豫控制機制。
　　 (2)陶瓷電學(xué)結(jié)構(gòu)由電學(xué)性能差異巨大的晶粒區(qū)和晶界區(qū)兩部分構(gòu)成,陶瓷絕緣性能主要來源于晶界區(qū)域的貢獻(xiàn)。X=0的陶瓷晶粒內(nèi)部電導(dǎo)激活行為由氧空位擴散控制;當(dāng)x＞0時,陶瓷的晶粒內(nèi)部電導(dǎo)激活行為由氧空位的二級電離控制。隨著MgO含量增加,晶界電導(dǎo)激活能先減小后增大;當(dāng)x=

4、1.0wt%時,晶界電導(dǎo)激活能較小,界面處電荷易于在外電場作用下重新分配,擊穿場強最高,可達(dá)197.30kV/cm,儲能密度達(dá)到最大值0.89J/cm3。
　　 (3)鑒于固相法制備陶瓷的結(jié)論,采用粉末sol-gel包覆法制備了SrTiO3+xwt%MgO陶瓷(x=4.0wt%,10.0wt%),期待改善陶瓷MgO相與SrTiO3相之間的顯微結(jié)構(gòu)和電學(xué)結(jié)構(gòu),優(yōu)化電介質(zhì)陶瓷的儲能性能,并與采用固相法制各的陶瓷的結(jié)果比較,得出以下結(jié)