(0.96NaNbO_(3)-0.04CaZrO_(3))-x Fe_(2)O_(3)反铁电陶瓷的介电及储能性能研究

作者：叶芬; 江向平; 陈云婧; 黄枭坤; 曾仁芬; 陈超; 聂鑫; 成昊

来源：无机材料学报, 2021, 1-9.

• NaNbO_(3)
• 反铁电
• 储能性能
• 介电性能

0.96NaNbO_(3)-0.04CaZrO_(3)(简称NNCZ)陶瓷在室温下展现出稳定的双电滞回线，但是其储能密度、储能效率和击穿强度都比较低，限制其成为储能材料。本工作外掺Fe_(2)O_(3)，利用Fe~(3+)离子变价的特点，实现NNCZ储能性能的优化。采用传统固相法制备了(0.96NaNbO_(3)-0.04CaZrO_(3))-xFe_(2)O_(3)(简称NNCZ-xFe)反铁电储能陶瓷，并对样品的相结构、微观形貌、电学性能和储能性能进行了表征，重点研究了Fe_(2)O_(3)掺杂量对NNCZ陶瓷介电和储能性能的影响规律。结果表明，样品均为单一的钙钛矿结构，Fe_(2)O_(3)能明显降低NNCZ陶瓷的烧结温度，晶粒平均尺寸随着掺杂量的增加先减小后增大，掺杂量x=0.02时，晶粒平均尺寸最小(5.04 μm)，且具有较好的储能性能。室温下，NNCZ-0.02Fe击穿强度为230 kV/cm，击穿前的有效储能密度和储能效率分别为1.57 J/cm~(3)和55.74%。在125 ℃和外加电场为180 kV/cm时，NNCZ-0.02Fe的储能密度为4.53 J/cm~(3)。Fe_(2)O_(3)的掺杂使NNCZ陶瓷的烧成温度降低，氧空位的迁移速率下降，抑制晶粒的长大，同时降低了介电损耗，使得击穿强度增加；适量氧空位的钉扎使得反铁电向铁电相相翻转变得困难，避免出现哑铃状双电滞回线，从而提高储能效率。本研究结果表明NNCZ-xFe在电介质储能领域具有潜在应用价值。

• 单位
  铜仁学院; 材料科学与工程学院; 江西省先进陶瓷材料重点实验室; 景德镇陶瓷大学