稀土Ce掺杂SrTiO3基储能陶瓷的制备及其储能性能的研究

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SrTiO3基储能介质陶瓷材料是一种常见的电介质材料，它是一种重要的储能介质材料，具有击穿强度高，介电损耗低等优点，在制备高储能密度的材料方向上有很大的优势。如果能制备出一种既能保证SrTiO3陶瓷的低介电损耗，又能提高它的介电常数和击穿强度，这样一来，体系的储能密度就能得到提高。前人已做过类似的研究，他们发现微量稀土元素掺杂功能陶瓷后，会对其微观结构，相结构，烧结性能，电学性能以及介电性能有所影响。本论文的主要目标是提高SrTiO3基储能陶瓷的储能性能，我们选择稀土元素Ce，氧化物MgO作为掺杂原料，对SrTiO3陶瓷进行掺杂改性，尽量提高体系的介电常数和击穿强度，从而达到提高其储能性能的目的。
　　本论文使用传统固相法来制备Sr1-3/2xCexTiO3基储能陶瓷，研究了Ce的掺杂对该体系的烧结性能，晶体结构，显微性能，介电性能以及耐压性能等方面的影响。实验结果表明，少量的CeO2掺杂并不会影响SrTiO3基陶瓷的基本的钙钛矿结构，并且由于掺杂量较小，Ce元素全部进入晶格，在XRD分析图谱上可以明显发现并未出现第二相的情况。其他测试结果表明，Ce的加入，会使得SrTiO3陶瓷体系的介电性能有一定的影响，随着掺杂量的增大，Sr1-3/2xCexTiO3陶瓷体系的介电常数呈现先增大后减小的趋势，其中，当x=0.010时，陶瓷体系的介电常数由300多急剧增大到2513，而介电损耗没有明显的变化，均处于较低的水平（0.8％~1.1%）。当x=0.010时，Sr1-3/2xCexTiO3基储能陶瓷获得最佳的介电性能，其介电常数εr=2513，介电损耗tanδ=0.8%；当x=0.015时，Sr1-3/2xCexTiO3基储能陶瓷获得最佳储能性能，此时的击穿强度Eb=17.94kV/mm，储能密度为W=0.897J/cm3，储能效率为98.63%。
　　研究了氧气气氛下处理，对Sr1-3/2xCexTiO3（x=0.005,0.010,0.015,0.020）各组分的显微性能，介电性能以及储能性能的影响。当x=0.010时，介电常数取得最大值，此时的常温介电常数εr=754，介电损耗为0.8%，介电常数变化的总体趋势不变，依旧随着CeO2掺杂量的增大而先增大后减小。处理后的陶瓷体系的耐压性能明显提升，储能密度也提高了许多，当x=0.010时，经过氧气气氛处理的样品击穿强度取得最大值Eb=22.4kV/mm，其储能密度为1.33J/cm3，储能效率为96.37%。除此之外，我们还研究了MgO掺杂Sr0.985Ce0.010TiO3体系对该体系介电常数，储能密度的影响。对于x wt%MgO+(1-x) wt%Sr0.985Ce0.010TiO3体系来说，MgO的加入使得体系的击穿强度有了一定的提升，但是效果并不明显，而且MgO的加入量越大，体系的储能效率越低，该体系的储能密度随着MgO加入量的增大，呈现先增大后减小的趋势，当x=1.0时，储能密度取得最大值，此时的击穿强度为18.71kV/mm，储能密度为0.51J/cm3，储能效率为88.57%。

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作者
戴劲强;
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作者单位

武汉理工大学;

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授予单位武汉理工大学;
学科材料科学基础
授予学位硕士
导师姓名曹明贺;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属陶瓷材料;材料性能;
关键词
稀土掺杂; SrTiO3基; 储能陶瓷; 制备工艺; 储能密度;

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