研究目的
通过La3+掺杂改性提升无铅AgNbO3基反铁电陶瓷的储能性能,旨在实现高可恢复能量密度与效率。
研究成果
La3?掺杂成功稳定了AgNbO?陶瓷中的反铁电相,降低了相变温度,减小了剩余极化强度,同时提高了击穿电场强度。当x=0.02时,在230 kV/cm电场下实现了3.12 J/cm3的高可恢复能量密度和0.63的效率。这使得镧掺杂AgNbO?成为极具前景的无铅储能电容器材料,其性能提升归因于晶粒尺寸减小和电阻率提高。
研究不足
本研究仅限于块体陶瓷,未探索薄膜或其他形态。La3?在AgNbO?中的固溶度有限,在较高La含量(x>0.02)时会产生第二相,可能影响性能。实验在室温及特定电场下进行,未广泛研究温度或电场条件的变化。烧结条件优化及工业化应用的规?;侍馕从杼教?。
1:实验设计与方法选择:
采用传统固相反应法制备不同La含量的Ag1-3xLaxNbO3陶瓷。通过La3+掺杂降低容忍因子以稳定反铁电相并提升储能性能。
2:样品选择与数据来源:
制备x=0、0.005、0.01、0.02、0.03和0.05组分的陶瓷样品,原料为高纯度Ag2O、La2O3和Nb2O5粉末。
3:03和05组分的陶瓷样品,原料为高纯度Ag2O、La2O3和Nb2O5粉末。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括用于混合的球磨机、煅烧烧结用炉体、结构分析用X射线衍射仪(SmartLab-3kW,理学公司)、微观结构观察用扫描电镜(FESEM SU8220,日立公司)、介电阻抗测量用精密阻抗分析仪(Agilent 4294A,安捷伦科技)以及P-E回线/I-V曲线/击穿强度测量的铁电测试仪(RT66A,Radiant技术公司)。材料包含Ag2O(≥99.7%)、La2O3(≥99.95%)、Nb2O5(≥99.99%)及PVA粘结剂。
4:7%)、La2O3(≥95%)、Nb2O5(≥99%)及PVA粘结剂。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:称量粉体后乙醇球磨12小时,干燥后在900°C氧气氛围中煅烧6小时,二次球磨后添加PVA粘结剂压片,560°C保温3小时排胶,1080-1120°C氧气氛围烧结6小时。样品经抛光镀银电极后进行XRD、SEM、介电/阻抗/P-E/I-V/击穿等测试。
5:数据分析方法:
XRD图谱采用Pbcm空间群精修;介电阻抗数据用于相变及电学特性分析;P-E回线计算储能密度与效率;阻抗数据应用阿伦尼乌斯定律计算激活能。
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X-ray diffractometer
SmartLab-3kW
Rigaku Ltd.
Characterization of crystal structure using CuKα1 radiation.
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Precision impedance analyzer
Agilent 4294A
Agilent Technologies
Measurement of dielectric properties and impedance spectra, connected to a temperature control system.
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Ferroelectric tester
RT66A
Radiant Technologies Inc.
Measurement of P-E loops, current-electric (I-V) curves, and breakdown strength at 1Hz.
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Scanning electron microscope
FESEM SU8220
Hitachi Corp.
Observation of SEM morphology after polishing and thermal etching.
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