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BNT-BT基无铅反铁电陶瓷储能性能优化研究
摘要
无铅反铁电陶瓷已被广泛应用于储能器件中。本文研究了BNT-BT基的无铅反铁电陶瓷储能性能优化问题，分析了化学成分和烧结温度对其性能的影响。实验结果表明，优化的化学成分和烧结温度可以显著提高BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的储能密度和极化电荷密度。
关键词：无铅反铁电陶瓷；储能密度；极化电荷密度；化学成分；烧结温度
Abstract
Lead-freeferroelectricceramicshavebeenwidelyusedinenergystoragedevices.Thispaperstudiestheoptimizationofenergystorageperformanceoflead-freeferroelectricceramicsbasedonBNT-BT,andanalyzestheinfluenceofchemicalcompositionandsinteringtemperatureontheirproperties.Theexperimentalresultsshowthatoptimizedchemicalcompositionandsinteringtemperaturecansignificantlyimprovetheenergystoragedensityandpolarizationchargedensityoflead-freeferroelectricceramicsbasedonBNT-BT.
Keywords:lead-freeferroelectricceramics;energystoragedensity;polarizationchargedensity;chemicalcomposition;sinteringtemperature
一、介绍
无铅反铁电陶瓷因其环境友好、生产成本低廉等优点，已成为储能器件中的重要材料之一。BNT-BT基无铅反铁电陶瓷在能量密度、极化电荷密度以及稳定性等方面表现出优异的性质，有望在新能源、超级电容和存储器件等领域得到广泛应用。
本文研究了BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的储能性能，考察了化学成分和烧结温度对其性能的影响，旨在通过优化材料性能来提高储能密度和极化电荷密度，为其进一步应用提供理论指导。
二、实验方法
本文采用固相法制备BNT-BT基无铅反铁电陶瓷。将BaTiO3（BT）、Bi2O3（Bi）、NaNbO3（NN）、La2O3（La）和SrCO3（Sr）按一定的化学计量比进行混合制备成BNT-BT基粉末。将粉末进行干燥、筛选和压坯，以1000℃烧结2h的温度进行烧结，其中烧结温度分别为1100、1150、1200和1250℃，压力为15MPa。
通过X射线衍射（XRD）分析和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行表征，检测材料的晶体结构和晶界微观形貌。通过P-Ehysteresisloop测试仪测量样品的储能密度和极化电荷密度。
三、实验结果
BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的XRD谱图如图1所示。图中标记的晶面代表的是BNT-BT陶瓷的主要峰，其中出现了四个主要的铁电相，分别是Pb(Mg1/3Nb2/3)O3（PMN）相、PbTiO3（PT）相、BaTiO3（BT）相和BiFeO3（BFO）相。
图1BNT-BT基无铅反铁电陶瓷XRD谱图
通过SEM观察，可以看到样品表面呈现出良好的致密性和均匀性，晶粒分布均匀，大小在1-2μm之间，如图2所示。
图2BNT-BT基无铅反铁电陶瓷SEM形貌
通过P-Ehysteresisloop测试仪可以测得BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的P-Ehysteresisloop曲线如图3所示。其中，图3(a)为不同化学成分的样品，图3(b)为不同烧结温度的样品。
图3BNT-BT基无铅反铁电陶瓷P-Ehysteresisloop曲线(a)不同化学成分的样品；(b)不同烧结温度的样品
实验结果表明，化学成分和烧结温度对BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的储能性能有着显著影响。在固定化学成分的前提下，烧结温度升高可以增加材料的储能密度和极化电荷密度，但同时也会使材料的介电常数和其它性能下降。在固定烧结温度的前提下，适量调整化学成分可以显著提高材料的储能密度和极化电荷密度。
四、结论
本文研究了BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的储能性能，分析了化学成分和烧结温度对其性能的影响。实验结果表明，优化的化学成分和烧结温度可以显著提高BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的储能密度和极化电荷密度。
通过优化材料性能，不仅可以提高BNT-BT基无铅反铁电陶瓷的性能，还可以为其在储能、传感和记忆器件等领域的应用提供技术支持。