Re2O3 (Re=Pr,Nd)掺杂SrTiO3陶瓷的结构与储能特性

稀有金属材料与工程, 2014, 43(7): 1671-1675.

Re2O3 (Re=Pr,Nd)掺杂SrTiO3陶瓷的结构与储能特性

沈宗洋 ^1, , 胡其国 ^2, , 李月明 ^3, , 王竹梅 ^4, , 骆雯琴 ^5, , 洪燕 ^6, , 谢志翔 ^7, , 洪璐 ^8,

1.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

2.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

3.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

4.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

5.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

6.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

7.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

8.景德镇陶瓷学院江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403

基金项目: 江西省自然科学基金(20114BAB216020) 景德镇陶瓷学院博士科研启动项目(006000345) 国家自然科学基金(51102121,51262011)

关键词：钛酸锶 , 稀土掺杂 , 缺陷结构 , 高压电容器 , 储能陶瓷

Structure and Energy Storage Characteristics of Re2O3(Re=Pr, Nd)-Doped SrTiO3 Ceramics

Keywords： strontium titanate , rare earth doping , defect structure , high voltage capacitor , energy storage ceramics

采用固相法制备了稀土氧化物Re2O3 (Re=Pr,Nd)掺杂SrTiO3陶瓷,其化学式为[Re0.02Sr0.97(Vsr)0.01]TiO3(Re0.02Sr0.97TiO3∶ Re-STO,Re=Pr,Nd).XRD分析结果表明,Re-STO陶瓷具有与纯SrTiO3(STO)陶瓷类似的单一立方钙钛矿结构.SEM分析发现Re-STO陶瓷的晶粒尺寸分布很不均匀,大晶粒在10 μm左右,而小晶粒只有1μm左右,小晶粒填充在由大晶粒形成的晶界或三角晶界处.采用HP4294精密阻抗分析仪、JJC9906-A介电强度测试仪以及FMRL偏压测试系统测试了Re-STO陶瓷的介电性能,并评价了其储能特性.结果表明:在最佳烧成温度1350℃制备的Re-STO陶瓷在1 kHz下的相对介电常数(Pr-STO∶εr=1860; Nd-STO∶ εr=1670)是纯STO陶瓷的(er=300)5倍以上,而介电损耗则保持在0.03(l kHz)以下;Re-STO陶瓷具有较高的击穿强度Eb＞15 kV/mm;在本研究的偏压测试条件范围内,Re-STO陶瓷的εr变化均在±12％以内,其储能密度与偏压则符合二次抛物线关系.因此Re-STO陶瓷可近似认为是线性电介质,是中高压固态储能介质材料理想的候选体系.本研究还对Re-STO陶瓷的相结构、微观结构以及可能的缺陷结构与其介电性能、储能特性之间的关系进行了讨论.

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