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用于高储能应用的组份依赖性xBa(Zr0.2Ti0.8)O3-(1-x)(Ba0.7Ca0.3)TiO3块体陶瓷

DOI：10.1016/j.ceramint.2018.11.250 期刊：Ceramics International 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 本工作报道了采用固相反应法制备的x=0.4、0.5和0.6的无铅xBa(Zr0.2Ti0.8)O3-(1-x)(Ba0.7Ca0.3)TiO3[xBZT-(1-x)BCT]陶瓷的组分依赖性微结构、介电、铁电及储能性能，以及其相变序列。XRD和拉曼散射结果证实室温下存在菱方相与四方相共存。拉曼光谱、介电常数和极化的温度依赖性表明：在40℃（TR-T）发生铁电菱方相向铁电四方相的一级相变，在110℃（TT-C）发生铁电四方相向顺电伪立方相的二级相变。介电分析显示TT-C处的相变为扩散型，BZT-BCT陶瓷属于弛豫型铁电材料。介电损耗的温度依赖性变化与A1、E(LO)拉曼模半高宽(FWHM)相关联。发现x=0.6组分具有最佳饱和极化(Ps)≈8.3μC/cm2和矫顽场≈2.9kV/cm，这归因于晶粒尺寸效应。研究还表明BZT-BCT陶瓷在10?次循环内无疲劳响应。同时讨论了交流电场幅值和温度对储能密度及效率的影响。0.6BZT-0.4BCT陶瓷具有高TT-C(110℃)、高介电常数(εr≈12285)与低介电损耗(0.03)、良好极化(Ps≈8.3μC/cm2)，以及在25kV/cm电场下获得大可恢复能量密度(W=121mJ/cm3)和70%储能效率(η)的特性，使其成为理想的储能电容器候选材料。
作者： A.R. Jayakrishnan，Kevin V. Alex，Athul Thomas，J.P.B. Silva，K. Kamakshi，Navneet Dabra，K.C. Sekhar，J. Agostinho Moreira，M.J.M. Gomes
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究无铅xBa(Zr0.2Ti0.8)O3-(1-x)(Ba0.7Ca0.3)TiO3陶瓷的组分依赖性微观结构、介电性能、铁电性能与储能特性及其相变序列，以实现高储能应用。

研究成果

研究表明，0.6BZT-0.4BCT陶瓷展现出储能电容器应用的理想特性，包括高介电常数、低介电损耗、良好的极化性能以及兼具高效率的大可恢复能量密度。该陶瓷还表现出无疲劳特性，适用于宽温域工况。

研究不足

该研究仅限于xBZT-(1-x)BCT陶瓷中x=0.4至0.6的组分范围。与其他研究相比，储能性能是在相对较低的电场下评估的，这可能限制了与针对高场应用优化的材料的比较。

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