BaTiO3–Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3弛豫型铁电体陶瓷的储能特性

作者：胡洁梓; 吕洪坤; 丁历威

来源：硅酸盐学报, 2023, 51(06): 1519-1529.

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20230114

• 钛酸钡
• 储能介质陶瓷
• 弛豫型铁电体
• 介电性能
• 储能特性

近年来，高功率、高能量密度的电容器成为新的研究热点，其在脉冲功率系统小型化和轻量化的发展中具有重要意义。本工作以BaTiO3–Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3固溶体为研究对象，致力于提高BaTiO3基陶瓷材料的储能密度，系统探究了不同含量的Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3对BaTiO3基陶瓷材料微观结构以及介电、铁电和储能性能的影响。采用标准固相烧结法制备出致密的(1–x)BaTiO3–x Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3 (x=0.03、0.06、0.1、0.3、0.4)陶瓷。通过调整预烧及烧结条件，获得了陶瓷的最佳烧结工艺。随着x的增大，(1–x)BaTiO3–x Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3陶瓷的室温晶体结构由四方相转变为立方相，同时材料从正常铁电体逐渐转变为弛豫型铁电体，介电常数峰值展宽，并在室温至500℃的温度范围内基本保持稳定。采用修正的Curie-Weiss定律和Vogel-Fulcher关系对陶瓷介电弛豫行为进行了深入分析。在极化特性方面，Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3成分的加入能够显著降低剩余极化强度(Pr)，增大介电强度，使电滞回线变细长，并使电滞回线中电场对极化的积分面积变大，从而使材料的储能密度得到提高。材料的最大储能密度大致呈先升高后降低的趋势，储能效率从75.08%提高到92.35%，并且在x=0.1时获得了最高的储能密度0.8 J/cm3 (储能效率为88.97%)。