(0.96NaNbO_3-0.04CaZrO_3)-xFe_2O_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, 2022, 37(05): 499-506.

• NaNbO_3
• 反铁电材料
• 储能性能
• 介电性能

0.96NaNbO3-0.04CaZrO3(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。本工作通过掺杂Fe2O3,利用Fe3+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(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xFe2O3(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Fe2O3掺杂量对NNCZ陶瓷介电和储能性能的影响规律。结果表明,样品均具有单一的钙钛矿结构,掺杂Fe2O3能明显降低NNCZ陶瓷的烧结温度,晶粒平均尺寸随着掺杂量增大先减小后增大,掺杂量x=0.02时,晶粒平均尺寸最小(5.04μm),且具有较好的储能性能。室温下,NNCZ-0.02Fe击穿强度为230kV/cm,击穿前的有效储能密度和储能效率分别为1.57J/cm3和55.74%。在125℃和外加电场180kV/cm下,NNCZ-0.02Fe的储能密度为4.53J/cm3。掺杂Fe2O3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;适量氧空位钉扎使得反铁电相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; 江西省先进陶瓷材料重点实验室; 景德镇陶瓷大学