国产在线一区二区不卡|在线观看中文字幕一区|亚洲中文无码h在线观看|欧美 亚洲 图色 另类|免费人成视频x8x8入口|国产福利观看天堂素人约啪|人妻无码专区一专区二专区三|国产婷婷成人久久AV免费高清

合肥金星智控科技股份有限公司
宣傳

位置:中冶有色 >

有色技術(shù)頻道 >

> 功能材料技術(shù)

> 高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料及制備方法

高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料及制備方法

575   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:西安理工大學(xué)  
2023-12-06 13:54:40
權(quán)利要求書: 1.一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備方法,其特征在于,具體按照以下步驟實施:

步驟1,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98La0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4350g、純度為99.00%的BaCO33.1291g、純度為99.90%的Nb2O59.1409g、純度為

99.99%的La2O30.1119g、純度為99.99%的Gd2O30.1831g,裝入尼龍罐中,以鋯球為磨球、無水乙醇為球磨介質(zhì),用球磨機400轉(zhuǎn)/分鐘球磨16小時,置于干燥箱內(nèi)在80℃下干燥15小時,用研缽研磨30分鐘,過80目篩,得到原料混合物;

3

步驟2,將原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi),用瑪瑙棒壓實,使其壓實密度為1.5g/cm ,加蓋,置于電阻爐內(nèi),以3℃/分鐘的升溫速率升溫至1100℃預(yù)燒4小時,自然冷卻至室溫,出爐,用研缽研磨10分鐘,過120目篩,得到預(yù)燒粉;

步驟3,向預(yù)燒粉中加入質(zhì)量分數(shù)為5%的聚乙烯醇水溶液,造粒,過100目篩,制成球狀粉粒,將球狀粉粒放入直徑為15mm的不銹鋼模具內(nèi),用冷等靜壓在200MPa的壓力下將其壓制成厚度為1.5mm的圓柱狀坯件,將圓柱狀坯件放在氧化鋯平板上,將氧化鋯平板置于氧化鋁密閉匣缽中,先以1℃/分鐘的升溫速率升溫至500℃,保溫2小時排膠,冷卻至室溫,再以5℃/分鐘的升溫速率升溫至1000℃,再以3℃/分鐘的升溫速率升溫至1330℃,燒結(jié)2小時,隨爐自然冷卻至室溫,得到Gd?La共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

說明書: 一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料及制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料,還涉及該陶瓷材料的制備方法。背景技術(shù)[0002] 近年來,無鉛壓鐵電材料除了研究提高壓鐵電性能以期替代含鉛材料外,還在應(yīng)變、電卡、熱電、光電、發(fā)光等方面發(fā)現(xiàn)新的功能特性,使其受到越來越多的關(guān)注。而電介質(zhì)8

陶瓷作為一種先進儲能材料,由于其具有功率密度高(最高可達10 W/kg)、工作電壓高、充放電速度快和工作溫度范圍寬等優(yōu)點,在混合動力汽車、微波通訊、脈沖功率武器、電磁彈射、脈沖功率電子器件等方面應(yīng)用非常廣泛。

[0003] 鎢青銅體系為無鉛壓鐵電材料體系中一個重要分支,組成通式為(A1)2(A2)4C4(B1)2(B2)8O30,不同金屬陽離子根據(jù)其半徑和價態(tài)選擇性地占據(jù)A1、A2、B1、B2和C位這5種非等價的晶體學(xué)間隙位置,調(diào)節(jié)晶體學(xué)間隙位置的填充情況可誘導(dǎo)出靈活多變的結(jié)構(gòu)特性及功能特性。但其儲能性能的研究主要集中在Sr2NaNb5O15充滿型結(jié)構(gòu)體系,Na元素在高溫?zé)Y(jié)過程中的揮發(fā)不利于獲得致密陶瓷,而且該陶瓷體系不僅具有鐵電?順電相轉(zhuǎn)變,還具有鐵彈相轉(zhuǎn)變,其復(fù)雜的相變過程導(dǎo)致高溫下疇翻轉(zhuǎn)和遷移產(chǎn)生能量耗散,降低擊穿場強,限制其在儲能方面的應(yīng)用;因此,面對儲能設(shè)備高集成化和小型化的發(fā)展,迫切需要尋求和開發(fā)具有高性能的電介質(zhì)儲能材料。[0004] 具有未充滿型鎢青銅結(jié)構(gòu)的SrxBa1?xNb2O6(SBN)體系,其是SrNb2O6和BaNb2O6的固溶體,固溶范圍在x=0.26~0.87,具有Sr/Ba比連續(xù)可調(diào)的特點,因此可以通過調(diào)節(jié)組分來改變電光性能,介電性能和熱釋電性能,使其滿足在不同技術(shù)領(lǐng)域的需求。本課題組發(fā)現(xiàn)Gd摻雜的Sr0.53Ba0.47Nb2O6(SBN)基未充滿型鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電材料其極化強度明顯高于純SBN體系,主要源于極化單元中心B位離子受A位電化學(xué)環(huán)境的影響而發(fā)生顯著位移及畸變。然而其弛豫程度不高,導(dǎo)致?lián)舸﹫鰪娸^低,嚴重限制了其儲能性能的進一步提高。發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料,顯著提高了其儲能密度和效率。[0006] 本發(fā)明另一目的是提供上述高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備方法。[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是,一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料,該陶瓷材料的結(jié)構(gòu)式為(Sr0.53?0.15xBa0.47Gdx)1?yREyNb2O6,其中,RE為Eu、La、Sm、Nd、Dy、Ce、Er、Pr、Ho、Yb、Lu中的任意一種;x的取值為0~0.1,y的取值為0.01~0.08。[0008] 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是,一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備方法,具體按照以下步驟實施:[0009] 步驟1,按照(Sr0.53?0.15xBa0.47Gdx)1?yREyNb2O6的化學(xué)計量比分別稱取純度為99.00%以上的BaCO3、SrCO3、Gd2O3、RE2O3、Nb2O5,充分混合球磨,干燥,得到原料混合物;

[0010] 步驟2,將原料混合物在900~1250℃的條件下預(yù)燒2~6小時,得到預(yù)燒粉;[0011] 步驟3,將預(yù)燒粉經(jīng)造粒、壓片、排膠后,進行燒結(jié),得到稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料。[0012] 本發(fā)明的特點還在于,[0013] 步驟1中,球磨時間為16~24小時;干燥溫度為80~100℃,干燥時間為12~24小時。[0014] 步驟3中,燒結(jié)溫度為1280~1340℃,燒結(jié)時間為2~6小時。[0015] 本發(fā)明的有益效果是:通過A位稀土摻雜陶瓷體系抑制了鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷非等軸晶粒的異常長大,形成了致密的鐵電儲能材料,減少了電場下的能量耗散,另外,該陶瓷組成中不涉及高溫?zé)Y(jié)過程中易于揮發(fā)的Bi、Na、K等元素,易于器件的集成化,操作簡單,對設(shè)備、人力和場地要求低,有望實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明[0016] 圖1是對比例1、對比例2及實施例1~5制備的陶瓷材料的XRD圖。[0017] 圖2是對比例2及實施例1~5制備的陶瓷材料的表面形貌圖;[0018] 圖3a是對比例1、對比例2及實施例1~6制備的陶瓷材料的室溫電滯回線圖;[0019] 圖3b是對比例1、對比例2及實施例1~6制備的陶瓷材料的儲能性能圖;[0020] 圖4是對比例1、對比例2及實施例1~6制備的陶瓷材料的最大極化強度和剩余極化強化及其兩者間的差值變化圖;[0021] 圖5a是對比例2制備的陶瓷材料在不同測試頻率下的介電常數(shù)和介電損耗圖;[0022] 圖5b是實施例4制備的陶瓷材料在不同測試頻率下的介電常數(shù)和介電損耗圖;[0023] 圖6是對比例1、對比例2及實施例1~5制備的陶瓷材料在1kHz下的介電圖譜;[0024] 圖7是對比例1、對比例2及實施例1~5制備的陶瓷材料在1kHz下的室溫介電常數(shù)對比圖。具體實施方式[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。[0026] 本發(fā)明一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料,其結(jié)構(gòu)式為(Sr0.53?0.15xBa0.47Gdx)1?yREyNb2O6,其中,RE為Eu、La、Sm、Nd、Dy、Ce、Er、Pr、Ho、Yb、Lu中的任意一種;x的取值為0~0.1,y的取值為0.01~0.08;

[0027] 優(yōu)選的,x的取值為0.03、y的取值為0.2。[0028] 在鎢青銅結(jié)構(gòu)中,通過改變A位離子取代,可使相變類型和相變彌散程度呈現(xiàn)連續(xù)變化。本發(fā)明提出了通過A位無序調(diào)控其弛豫特性,促使微觀疇演變?yōu)闃O化納米疇,可顯著增強擊穿強度,進而有助于提高儲能性能。[0029] 本發(fā)明一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備方法,具體按照以下步驟實施:[0030] 步驟1,按照(Sr0.53?0.15xBa0.47Gdx)1?yREyNb2O6的化學(xué)計量比分別稱取純度為99.00%以上的BaCO3、SrCO3、Gd2O3、RE2O3、Nb2O5,充分混合球磨16~24小時,在80~100℃的條件下干燥12~24小時,得到原料混合物;

[0031] 步驟2,將原料混合物在900~1250℃的條件下預(yù)燒2~6小時,得到預(yù)燒粉;[0032] 優(yōu)選的,將原料混合物在1100℃的條件下預(yù)燒4小時;[0033] 步驟3,將預(yù)燒粉在聚乙烯醇(PA)粘結(jié)劑作用下進行造粒、200MPa冷等靜壓下保持1min壓片,隨后以1℃/min升溫至500℃排膠,并在1280~1340℃的條件下燒結(jié)2~6小時,得到A位稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料;[0034] 優(yōu)選的,將預(yù)燒粉經(jīng)造粒、壓片、排膠后,在1320℃的條件下燒結(jié)2小時。[0035] 通過在Sr0.53Ba0.47Nb2O6陶瓷體系中摻雜稀土元素,不但獲得了高儲能密度,且顯著提高了其儲能效率,同時提供了一種獲得高儲能性能的組成設(shè)計方法。[0036] 實施例1[0037] 本發(fā)明一種高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備方法,具體按照以下步驟實施:[0038] 步驟1,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98La0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4350g、純度為99.00%的BaCO33.1291g、純度為99.90%的Nb2O59.1409g、純度為99.99%的La2O30.1119g、純度為99.99%的Gd2O30.1831g,裝入尼龍罐中,以鋯球為磨球、無水乙醇為球磨介質(zhì),用球磨機400轉(zhuǎn)/分鐘球磨16小時,置于干燥箱內(nèi)在80℃下干燥15小時,用研缽研磨30分鐘,過80目篩,得到原料混合物;[0039] 步驟2,將原料混合物置于氧化鋁坩堝內(nèi),用瑪瑙棒壓實,使其壓實密度為1.5g/3

cm ,加蓋,置于電阻爐內(nèi),以3℃/分鐘的升溫速率升溫至1100℃預(yù)燒4小時,自然冷卻至室溫,出爐,用研缽研磨10分鐘,過120目篩,得到預(yù)燒粉;

[0040] 步驟3,向預(yù)燒粉中加入質(zhì)量分數(shù)為5%的聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量是預(yù)燒粉質(zhì)量的50%),造粒,過100目篩,制成球狀粉粒,將球狀粉粒放入直徑為15mm的不銹鋼模具內(nèi),用冷等靜壓在200MPa的壓力下將其壓制成厚度為1.5mm的圓柱狀坯件,將圓柱狀坯件放在氧化鋯平板上,將氧化鋯平板置于氧化鋁密閉匣缽中,先以1℃/分鐘的升溫速率升溫至500℃,保溫2小時排膠,冷卻至室溫,再以5℃/分鐘的升溫速率升溫至1000℃,在以3℃/分鐘的升溫速率升溫至1330℃,燒結(jié)2小時,隨爐自然冷卻至室溫,得到Gd?La共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。[0041] 實施例2[0042] 本實施例的步驟1中,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98Nd0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4344g、純度為99.00%的BaCO33.1283g、純度為99.90%的Nb2O50.1157g、純度為99.85%的Ta2O53.4517g、純度為99.99%的Gd2O30.2828g,其他步驟與實施例1相同,得到Gd?Nd共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0043] 實施例3[0044] 本實施例的步驟1中,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98Sm0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4344g、純度為99.00%的BaCO33.1283g、純度為99.90%的Nb2O59.1386g、純度為99.999%的Sm2O30.1197g、純度為99.99%的Gd2O30.1830g,其他步驟與實施例1相同,得到Gd?Sm共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0045] 實施例4[0046] 本實施例的步驟1中,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98Eu0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4335g、純度為99.00%的BaCO33.1272g、純度為99.90%的Nb2O59.1355g、純度為99.999%的Eu2O30.1208g、、純度為99.99%的Gd2O30.1830g,其他步驟與實施例1相同,得到Gd?Eu共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0047] 實施例5[0048] 本實施例的步驟1中,按照(Sr0.485Ba0.47Gd0.03)0.98Dy0.02Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4323g、純度為99.00%的BaCO33.1257g、純度為99.90%的Nb2O59.1310g、純度為99.90%的Dy2O30.1281g、純度為99.99%的Gd2O30.1829g,其他步驟與實施例1相同,得到Gd?Dy共摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0049] 實施例6[0050] 本實施例的步驟1中,按照Sr0.455Ba0.47Sm0.05Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.3365g、純度為99.00%的BaCO32.3005g、純度為99.90%的Nb2O5

9.1627g、純度為99.99%的Sm2O30.3002g,其他步驟與實施例1相同,得到稀土Sm摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0051] 對比例1[0052] 按照Sr0.53Ba0.47Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.7017g、純度為99.00%的BaCO33.2026g、純度為99.90%的Nb2O59.0956g,其他步驟與實施例1相同,得到Sr0.53Ba0.47Nb2O6陶瓷材料。[0053] 對比例2[0054] 按照Sr0.485Ba0.47Gd0.03Nb2O6的化學(xué)計量分別稱取純度為99.00%的SrCO32.4795g、純度為99.00%的BaCO33.2119g、純度為99.99%的Gd2O30.1864g、純度為

99.90%的Nb2O59.1221g,其他步驟與實施例1相同,得到Gd摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)鐵電儲能陶瓷材料。

[0055] 上述對比例1和2及實施例1~6制備的陶瓷材料分別采用D/max?2200X型射線衍射儀(由日本理學(xué)公司生產(chǎn))進行XRD測試、采用鐵電工作站及連接控溫裝置(THMS600)對其鐵電性能進行測試,并評估其儲能特性,結(jié)果見圖1~4。由圖1可見,對比例1、對比例2及實施例1~5制備陶瓷材料均為純的四方鎢青銅相。由圖2可見,Gd和RE共摻雜的陶瓷樣品均比較致密,等軸晶粒比例明顯增多。由圖3a可見,對比例2中通過在Sr0.53Ba0.47Nb2O6陶瓷材料中摻雜Gd雖然使陶瓷材料的極化強度增加,但其電場強度較弱,本發(fā)明通過在Sr0.485Ba0.47Gd0.03Nb2O6陶瓷材料中摻雜RE,不但使陶瓷材料極化和電場強度同時增強,而且相對于對比例2,陶瓷材料的電滯回線變細,其儲能密度和效率如圖3b所示,在實施例3中儲?1 ?3

能性能最為優(yōu)異,其擊穿場強為520k·cm 、室溫儲能性能為8.2J·cm 、可回收儲能密度?3 ?2

為7.3J·cm 、效率為90%,如圖4所示,最大極化強度為38.95μC·cm ,通過在極化強度與擊穿場強度之間獲得最佳平衡,獲得最優(yōu)的儲能性能。

[0056] 將對比例1、對比例2及實施例1~4制備的陶瓷材料表面依次用320目、800目、1500目砂紙拋光至0.5~0.6mm厚,然后在陶瓷上下表面涂覆厚度為0.01~0.03mm的銀漿,置于電阻爐中840℃保溫30分鐘。采用HIOKI3532?50和Agilient4980A型精密阻抗分析儀(由安捷倫科技有限公司生產(chǎn))等進行陶瓷介電性能測試,結(jié)果見圖5~7。由圖5~7可見,與對比例1和對比例2的陶瓷材料相比,本發(fā)明通過在陶瓷材料中摻雜稀土RE,陶瓷的弛豫性明顯增強,在x取值為0.03、y的取值為0.02時,材料的室溫介電常數(shù)明顯增強、居里溫度均在室溫附近。[0057] 本發(fā)明制備的稀土摻雜Sr0.53Ba0.47Nb2O6陶瓷材料的弛豫性明顯增強,A位不等價離子的引入誘發(fā)極化單元BO6八面體發(fā)生畸變,同時造成離子無序分布及形成局域電場和彈性場,易于打破鐵電疇的長程分布,形成納米極化微疇,顯著提高材料的耐擊穿強度,即實現(xiàn)了高儲能密度和效率。通過A位無序調(diào)控未充滿型Sr0.53Ba0.47Nb2O6陶瓷材料的弛豫特性,促使微觀疇演變?yōu)闃O化納米疇,可顯著增強擊穿強度,進而有助于提高儲能性能。



聲明:
“高儲能性的稀土摻雜鎢青銅結(jié)構(gòu)陶瓷材料及制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
分享 0
         
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
標(biāo)簽:
陶瓷材料 稀土材料
全國熱門有色金屬技術(shù)推薦
展開更多 +

 

中冶有色技術(shù)平臺微信公眾號
了解更多信息請您掃碼關(guān)注官方微信
中冶有色技術(shù)平臺微信公眾號中冶有色技術(shù)平臺

最新更新技術(shù)

報名參會
更多+

報告下載

第二屆中國微細粒礦物選礦技術(shù)大會
推廣

熱門技術(shù)
更多+

衡水宏運壓濾機有限公司
宣傳
環(huán)磨科技控股(集團)有限公司
宣傳

發(fā)布

在線客服

公眾號

電話

頂部
咨詢電話:
010-88793500-807
專利人/作者信息登記