项目名称: 锆锡钛酸铅反铁电陶瓷场致相变储能特性及失效机制研究

项目编号: No.51202273

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 无机非金属材料学科

项目作者: 陈学锋

作者单位: 中国科学院上海硅酸盐研究所

项目金额: 25万元

中文摘要: 脉冲功率技术是当今高新技术的重要发展方向,目前的研究重点是高性能脉冲电容器。反铁电陶瓷因储能密度高而成为高性能脉冲电容器的重要候选材料。但在充放电过程中,反铁电陶瓷由于短时间内反复发生完全反铁电-铁电结构相变,容易产生较大内应力而导致材料开裂失效,严重制约其广泛应用。为了延长反铁电陶瓷充放电寿命并兼顾高储能密度,本项目首次提出将正向转折电场作为其工作电场的新思路,并将锆锡钛酸铅(PZST)反铁电陶瓷的组成设计在四方-正交相界附近且远离富锆的四方相区。研究组成、掺杂、微结构对材料的相变行为、储能特性、应变性能的影响;研究电场作用下材料的介电性能、电畴反转的演变规律,揭示反铁电陶瓷场致相变储能的物理机理;研究场致应变对内应力和微裂纹扩展的影响,阐明反铁电陶瓷的失效机制;结合储能特性和应变性能随电场的变化规律,探求提高反铁电陶瓷循环充放电寿命的有效途径,为发展我国新型脉冲电容器奠定材料基础。

中文关键词: 锆钛锡酸铅;反铁电陶瓷;储能;相变;充放电

英文摘要: High-power pulse technology is the important developing fields of high-technology industry nowadays. The study on pulse discharge capacitor with high energy storage density becomes a hot spot in this field currently. Owing to the high energy storage density, antiferroelectric ceramics become a prime candidate for high-energy pulse discharge capacitor. However, the application of high-energy pulse discharge capacitor made with antiferroelectric ceramics is seriously limited due to strain-induced cracking in the capacitors during repeatedly antiferroelectric-ferroelectric phase transformations, which occur in charge-discharge cycling, as a result, the capacitors only undergo very small number of charge-discharge cycles. In order to improve the charge-discharge cycles and keep the high energy storage density of antiferroelectic ceramics, a new working thought that the forward switching field is chosen as the working field is proposed,and the compositions of lead zirconte stannate titanate (PZST) antiferroelectric ceramics are devised in the tetragonal phase area near the tetragonal-orthogonal phase boundary but far away from the rich zirconte content. The study focuses on the effects of compositions, types of dopants and microstructure on the phase transformation, energy storage and strain development in the ceram

英文关键词: Lead Zirconate Stannate Titanate;antiferroelectric ceramics;energy storage;phase transition;charge-discharge

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