三价稀土离子掺杂SrTiO_3陶瓷的缺陷结构、极化机理及击穿特性研究

批准号:
51102121
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
沈宗洋
依托单位:
学科分类:
E0206.功能陶瓷
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
骆雯琴、朱棉霞、汪婷、金云海、汪启轩
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中文摘要
钛酸锶(SrTiO3)陶瓷是脉冲功率用固态储能介质材料的重要候选体系之一,进一步提高其相对介电常数εr并保持较高的电击穿强度Eb是实现脉冲功率系统小型化和高功率化的关键技术。研究结果表明La掺杂SrTiO3能显著提高εr,但其中所涉及的不等价取代缺陷结构仍存在很大的争论,对其极化机理和击穿特性的研究则更少且缺乏系统性。本项目拟采用不同种类的三价稀土离子掺杂取代SrTiO3中的二价Sr离子,从三种可能的电荷补偿机制入手获得三个不同的特征化学式,并根据各特征化学式制备陶瓷,探讨在可能电荷补偿机制前提下陶瓷内部的真实缺陷结构。系统研究缺陷结构、界面极化与介电驰豫之间的内在关联,深入分析其高介机理。研究各陶瓷分别在直流、交流、脉冲信号电压下的击穿特性,探讨微观结构、缺陷结构和晶界特征对不同信号电压下陶瓷击穿的作用机制。本研究可望为设计新型高储能密度稀土掺杂SrTiO3陶瓷提供一定的理论指导。
英文摘要
本课题围绕三价稀土离子掺杂钛酸锶陶瓷的缺陷结构、极化机理及介电性能等相关内容展开研究,很好地完成了项目申请书的预期研究目标,主要取得了以下重要研究成果:. (1) 系统研究了稀土Nd掺杂SrTiO3陶瓷的相结构、微观结构及介电性能,探讨了由于三价离子Nd取代二价离子Sr所引起的电荷不平衡补偿机制,基于陶瓷保持高击穿强度这一事实,提出了阳离子空位电荷补偿而不是电子补偿的内在缺陷结构机制。在宽的温度范围(-60℃~550℃)和宽的频率范围(20 Hz~1 MHz)研究了Nd掺杂SrTiO3陶瓷的弛豫特性与交流阻抗特性,分析了陶瓷的界面极化机理;研究了陶瓷在室温下的电击穿性能,提出晶界的高度绝缘特性决定了陶瓷具有高的电击穿强度,同时,稀土掺杂导致的晶粒细化也是陶瓷具有高电击穿强度的原因之一。. (2) 基于阳离子空位电荷补偿机制,分别采用预先引入A位Sr离子空位和B位Ti离子空位电荷补偿方式进行配方设计,成功制备了不同种类三价稀土离子掺杂SrTiO3陶瓷,其化学式分别为Re0.02Sr0.97TiO3和Re0.02Sr0.98Ti0.995O3 (Re=La,Pr,Sm,Nd,Gd,Dy,Er),结果表明陶瓷均为纯立方钙钛矿结构,从实验上证实了预设A位Sr离子和B位Ti离子空位进行电荷补偿的可行性。研究获得了综合介电性能优良的稀土掺杂SrTiO3陶瓷:介电常数εr>3000,介电损耗tanδ<0.03,电击穿强度Eb>140 kV/cm,加上其具有良好的温度稳定特性和偏压稳定特性,该陶瓷是良好的中高压固态高密度储能电容器陶瓷候选材料之一。. 本项目共发表学术论文8篇,其中SCI收录7篇,EI收录1篇。在本项目的支持下,研究组成员共参加学术会议9人次,其中项目负责人作邀请报告2次。邀请国内专家到课题组进行学术访问交流累计2人次,共培养硕士研究生2名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2014
期刊:稀有金属材料与工程
影响因子:--
作者:沈宗洋;胡其国;李月明;王竹梅;骆雯琴;洪燕;谢志翔;洪璐;
通讯作者:
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Journal of Electroceramics
影响因子:--
作者:Yue-Ming Li;Zong-Yang Shen;Zu-Gui Xiao;Zhu-Mei Wang;Wen-Qin Luo;Yan Hong;Run-Hua Liao;
通讯作者:
DOI:10.1007/s10854-012-0798-2
发表时间:2012-06
期刊:Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:--
作者:Z. Shen;Yueming Li;W. Luo;Zhumei Wang;X. Gu;R. Liao
通讯作者:Z. Shen;Yueming Li;W. Luo;Zhumei Wang;X. Gu;R. Liao
DOI:10.1016/j.ceramint.2013.07.126
发表时间:2014
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Qi-Guo Hu;Zong-Yang Shen;Yue-Ming Li;Zhu-Mei Wang;Wen-Qin Luo;Zhi-Xiang Xie
通讯作者:Zhi-Xiang Xie
DOI:10.2109/jcersj2.120.375
发表时间:2012-09
期刊:Journal of the Ceramic Society of Japan
影响因子:1.1
作者:Z. Shen;Yueming Li;W. Luo;Wang Zhu-mei
通讯作者:Z. Shen;Yueming Li;W. Luo;Wang Zhu-mei
基于“求同存异”思维的无铅弛豫铁电陶瓷/微晶玻璃复合材料制备及其用于脉冲功率储能电容器的性能优化
- 批准号:52267002
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:33万元
- 批准年份:2022
- 负责人:沈宗洋
- 依托单位:
玻璃改性钛酸锶钡陶瓷高温强场下的界面结合、电击穿行为及储能特性研究
- 批准号:51767010
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:39.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:沈宗洋
- 依托单位:
铋层状高温压电陶瓷的微观结构调控、性能增强及漏导机制研究
- 批准号:61671224
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:沈宗洋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
