絲網(wǎng)印刷法制備鈦酸鉍鈉基鐵電厚膜材料及其儲能行為研究.pdf

1、隨著電子器件向著集成化與小型化的方向發(fā)展,高儲能密度與高儲能效率的電容器成為了研究的熱點(diǎn)。環(huán)境的日益惡化要求電子行業(yè)采用環(huán)境友好型的無鉛材料,由于(1)與線性介電材料和反鐵電材料相比,鐵電材料更適合作為高儲能密度電介質(zhì)材料;(2)厚膜材料相比于塊體材料和薄膜材料有整體儲能較大的優(yōu)勢。因此本論文主要研究鈦酸鉍鈉(Na0.5Bi0.5TiO3,簡稱NBT)基鐵電厚膜的儲能性能。
　　本文采用絲網(wǎng)印刷法在氧化鋁基片上成功制備了NBT基鐵

2、電厚膜。使用X射線衍射儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)對制得的樣品進(jìn)行物相和微觀結(jié)構(gòu)分析;采用精密LCR數(shù)字電橋?qū)衲さ慕殡娦阅苓M(jìn)行測試;采用帶有高壓源的綜合鐵電測試系統(tǒng)對鐵電厚膜的電滯回線(P-E)進(jìn)行測試,按照韋伯分布計(jì)算樣品的擊穿場強(qiáng)(BDS),同時(shí)根據(jù)P-E測試圖計(jì)算其儲能密度及儲能效率,使用吉時(shí)利數(shù)字源表對厚膜的漏電流性能進(jìn)行測試。
　　通過XRD物相分析將NBT粉體的制備工藝定為:Na過量2mol％,Bi過量5mol%

3、,預(yù)燒溫度850oC下保溫3h。確定粉體預(yù)燒工藝后,通過添加Ba-B-Si玻璃粉和Bi-Li氧化物燒結(jié)助劑對NBT厚膜的燒結(jié)過程進(jìn)行改善,結(jié)果表明這兩種燒結(jié)助劑的加入均能使 NBT厚膜的儲能密度提高。其中添加1wt% Ba-B-Si玻璃粉的NBT厚膜在900oC保溫12h的燒結(jié)工藝下獲得的最大儲能密度為2.0J/cm3,添加3wt%Bi-Li燒結(jié)助劑的NBT厚膜在900oC保溫8h的燒結(jié)工藝下獲得的最大儲能密度為1.7J/cm3。

4、>　　在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了鈦酸鋇(BaTiO3,簡稱BT)摻雜對NBT基鐵電厚膜儲能性能的影響。結(jié)果表明:添加5wt%的Bi-Li燒結(jié)助劑,適量的BT的摻雜能夠同時(shí)提高樣品的擊穿場強(qiáng)和飽和極化值(Pmax)與剩余極化值(Pr)的差值,使得儲能性能提高。當(dāng) BT的摻雜量為3mol%時(shí),得到的最大儲能密度為2.4J/cm3,并且該組分厚膜的儲能性能表現(xiàn)出了良好的溫度穩(wěn)定性。同時(shí),NBT-xBT組分的漏電流密度相比純NBT均有所下降。<