学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
SrTiO_3基储能介质陶瓷的结构调控及介电性能研究
作 者: 李忆秋
导 师: 刘韩星
学 校: 武汉理工大学
专 业: 建筑材料与工程
关键词: 储能电介质 SrTiO3陶瓷 玻璃添加剂 稀土掺杂 介电弛豫 电学结构 氧空位 界面极化
分类号: TQ174.1
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
下 载: 93次
引 用: 1次
阅 读: 论文下载
内容摘要
|
脉冲形成线的小型化趋势使得具有高介电常数、高绝缘性能电介质材料的研制成为了重要研究课题。本论文选择SrTiO3陶瓷作为研究体系,引入玻璃添加剂对陶瓷进行结构调控,改善其绝缘性能；通过+3价稀土Pr元素掺杂对SrTiO3陶瓷进行组分调节,提高陶瓷体系的介电常数；在制得具有高介电常数的Pr掺杂SrTiO3陶瓷的基础上,引入玻璃添加剂优化陶瓷的电学结构,以期获得具有高介电常数、高绝缘性能的储能介质陶瓷。采用以下几种玻璃添加剂对SrTiO3陶瓷进行结构调控：(1)非晶态SiO2,简写作S,其D50为4.0μm；(2)固相法制备Ba-Al-B-Si-O玻璃,简写作G,其D50为12.7μtm；(3)溶胶-凝胶法制备Ba-Al-B-Si-O玻璃,简写作SG,根据球磨时间的调节得到D50分别为6.1μm、2.2μm和0.6μm的3种不同颗粒尺寸的玻璃粉体,分别简写作SG1、SG2和SG3。通过对各玻璃添加剂改性SrTiO3陶瓷的烧结性能、结构及相关介电性能进行对比,最终选择SG2作为SrTiO3基储能陶瓷的玻璃添加剂。探讨了SrTiO3基储能陶瓷的电学结构与介电性能的内在相关性。通过交流阻抗与介电性能测试,发现SrTiO3陶瓷的绝缘性能主要来源于晶界,并且陶瓷内部晶粒与晶界之间存在界面极化。在SG2添加改性SrTiO3陶瓷中,添加剂分布于陶瓷晶界中,提高了陶瓷整体的绝缘性能,最终改善了陶瓷的储能性能；同时,添加剂的引入也会增强陶瓷内部的界面效应,影响陶瓷的介电性能。采用+3价稀土Pr元素掺杂改性SrTiO3陶瓷,以PrxSr1-xTi03为陶瓷组分,通过固相法获得常温1kHz介电常数在310～4750范围内的陶瓷介质材料,当x=0.0100时,陶瓷体系具有最高的介电常数4750。介电性能测试结果表明,陶瓷在-150～450℃范围内存在多个介电弛豫现象,证实其内部存在缺陷极化机制。同时,交流阻抗谱分析结果表明,在一些具有高介电常数(103数量级)的陶瓷样品内部存在着半导化晶粒、绝缘中间区域和绝缘晶界3种电学区域,证实其内部存在界面极化机制。探讨了氧空位与Pr掺杂SrTiO3陶瓷内部极化机制的内在联系。在1100℃空气气氛下对Pr掺杂SrTiO3陶瓷组分样品进行热处理,并考察热处理后陶瓷的介电弛豫特性及电学结构的变化。结果表明,陶瓷在-150～450℃范围内的各介电弛豫现象均对应陶瓷内部氧空位形成的缺陷偶极子极化；同时,氧空位电离对陶瓷晶粒的半导化也有着较大贡献,其显著增强了陶瓷内部的界面极化。因此,Pr掺杂SrTiO3陶瓷内部存在氧空位是其介电常数提高的主要原因。在PrxSr1-xTi03陶瓷体系中选取介电常数最高的x=0.0100组分,记作PSTO陶瓷体系。在陶瓷中引入SG2添加剂,优化其电学结构,可以明显改善了陶瓷的绝缘性能；同时,SG2添加剂的引入可显著降低PSTO陶瓷的介电损耗。当SG2添加剂含量为20vol.%时,陶瓷具有较优的介电性能：在常温1kHz频率下的介电常数和介电损耗分别为514和0.008,直流电阻率为6.231×109Ω·cm。
|
全文目录
摘要 6-8
Abstract 8-12
第1章 绪论 12-24
1.1 脉冲功率储能介质的研究进展 12-13
1.2 储能介质陶瓷体系 13-17
1.3 论文的研究体系 17-23
1.3.1 研究体系的选择 17-18
1.3.2 SrTiO_3的结构与介电特性 18-20
1.3.3 存在的问题 20-23
1.4 研究目的及意义 23-24
第2章 SrTiO_3基陶瓷的制备工艺、结构与性能的表征方法 24-31
2.1 论文的研究思路 24-27
2.2 SrTiO_3基陶瓷的制备工艺 27-28
2.3 结构表征与性能测试方法 28-31
第3章 几种玻璃添加剂改性SrTiO_3陶瓷的结构与介电性能对比 31-62
3.1 SrTiO_3陶瓷的制备 31-33
3.2 几种玻璃添加剂的制备及表征 33-38
3.3 玻璃添加剂改性SrTiO_3陶瓷 38-60
3.3.1 SiO_2添加剂改性SrTiO_3陶瓷的结构与介电性能 38-44
3.3.2 Ba-Al-B-Si-O添加剂改性SrTiO_3陶瓷的结构与介电性能 44-60
3.4 本章小结 60-62
第4章 SrTiO_3陶瓷的结构调控机制 62-85
4.1 SrTiO_3陶瓷电学结构与介电性能的关系 62-75
4.1.1 SrTiO_3陶瓷的电学结构 62-64
4.1.2 热处理对SrTiO_3陶瓷形貌的影响 64-65
4.1.3 热处理对SrTiO_3陶瓷常温介电性能的影响 65-66
4.1.4 热处理对SrTiO_3陶瓷电学结构的影响 66-71
4.1.5 热处理对SrTiO_3陶瓷内部界面效应的影响 71-75
4.2 玻璃添加剂对SrTiO_3陶瓷的结构调控机制 75-84
4.2.1 玻璃添加剂在SrTiO_3陶瓷结构中的分布 75-77
4.2.2 玻璃添加剂改性对SrTiO_3陶瓷电学结构的影响 77-80
4.2.3 玻璃添加剂改性对SrTiO_3陶瓷内部界面效应的影响 80-84
4.3 本章小结 84-85
第5章 Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的结构与介电性能 85-101
5.1 Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的制备及结构表征 85-88
5.2 Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的介电特性 88-94
5.2.1 Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的常温介电特性 88-90
5.2.2 Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的介电弛豫特性 90-94
5.3 Pr掺杂对SrTiO_3陶瓷结构的影响 94-100
5.4 本章小结 100-101
第6章 氧空位对Pr掺杂SrTiO_3陶瓷介电性能的影响 101-132
6.1 掺杂SrTiO_3陶瓷的缺陷机制 101-102
6.2 掺杂SrTiO_3陶瓷的高介电常数极化机制 102-103
6.3 热处理后Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的结构表征 103-107
6.4 热处理对Pr掺杂SrTiO_3陶瓷介电特性的影响 107-120
6.4.1 热处理对Pr掺杂SrTiO_3陶瓷常温介电特性的影响 107-109
6.4.2 热处理对Pr掺杂SrTiO_3陶瓷介电弛豫特性的影响 109-120
6.5 热处理对Pr掺杂SrTiO_3陶瓷电学结构的影响 120-131
6.6 本章小结 131-132
第7章 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的结构与介电性能 132-145
7.1 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的制备及结构表征 132-136
7.2 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的介电特性 136-141
7.2.1 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的常温介电特性 136-138
7.2.2 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的介电弛豫特性 138-141
7.3 玻璃添加剂改性Pr掺杂SrTiO_3陶瓷的电学结构 141-144
7.4 本章小结 144-145
第8章 结论 145-147
参考文献 147-154
致谢 154-155
附录 攻读博士学位期间发表的文章 155
|
相似论文
- Tm和Dy掺杂的YSZ涂层制备与发光性能研究,TG174.442
- LTCC玻璃添加剂和流延工艺的研究,TN405
- 多形聚膦腈微纳米材料的制备及功能化应用探索,TB383.1
- 铁基超导体Sr_2VO_3FeAs的磁转变及其掺杂研究,O469
- 稀土掺杂BaYF_5上转换纳米晶的合成与表征,TB383.1
- Y_2O_3:Eu~（3+）发光材料的制备和发光性能的研究,TB34
- 高介高稳定性的Y5P陶瓷电容器,TQ174.1
- 稀土（Pr~（3+），Sm~（3+），Er~（3+），Yb~（3+））共掺氧化铝的光学特性,O482.31
- 稀土掺杂硅酸盐黄色荧光体研究,O482.31
- 稀土掺杂四硼酸铝钇绿色荧光粉的制备与荧光性能研究,O482.31
- 外电场作用下Si_xO_y（x，y=1，2，3）分子的激发特性,O561.1
- 稀土掺杂纳米Ti/Sb-SnO2电极的制备及其电催化降解农药废水的研究,X786
- 稀土改性CaMnO_3粉体的制备及其电性能,TB383.3
- 酒石酸辅助制备SrTiO_3：Pr~（3+）纳米颗粒和HF后处理对其发光增强的研究,TB383.1
- 真空蒸发制备稀土掺杂ZnSe薄膜及其特性研究,O484.41
- 基于钛氧化物的纳米存储阵列制备和机理研究,TP333
- 稀土元素掺杂Ca_（1-x）Re_xMnO_3输运以及热电性能的研究,O482.6
- Dy~（3+）掺杂的Ge-In-S-CsI硫卤玻璃的结构及荧光特性研究,TQ171.1
- 单分散荧光磁性纳米合金—掺杂稀土的FePt：RE相转移催化合成,O643.3
- 稀土（Dy，Nd，Yb，Er）掺杂氧化铝发光特性和测温应用,O482.31
- 一维SrAl_2O_4：Eu~（2+）纳米发光材料的制备和表征,TB383.1
中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
© 2012 www.xueweilunwen.com
|