基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备
压电陶瓷材料钛酸钡的制备实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：压电陶瓷材料钛酸钡的制备年级:2015级材料化学日期：2017/09/27姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分钛酸钡（BaTiO3）是经典的铁电、压电陶瓷材料，由于其具有高的介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能，主要用于制作高电容电容器、多层基片、各种传感器、半导体材料和敏感元件；在电子陶瓷、化学化工、国防军事、航空航天等诸多领域中有着极为广泛的应用。
随着现代科学技术的飞速发展和电子元件的小型化、高度集成化，需要制备与合成符合发展要求的高质量的钛酸钡基陶瓷粉体。
目前钛酸钡的主要制备方法有固相法，即氧化物固相烧结法；液相法，即溶胶－凝胶法、水热法和共沉淀法等。
由于固相法无法对钛酸钡生产过程中粉体微观结构和性能进行物理、化学方法的有效控制，从8O年代开始，液相法逐渐成为各国普遍重视的方法。
水热法制备的粉体，由于特殊的反应条件，具有粒度小、分布均匀，团聚较少的优点，且其原料便宜，易得到符合化学计量比并具有完整晶形的产物；同时粉体无需高温煅烧处理，避免了晶粒长大、缺陷的形成和杂质的引入，具有较高的烧结活性等。
但这些工作或者合成的BaTiO3为亚稳态的立方相结构而非四方相，无法满足电子元件性能的需要；或者水热所需的温度高，时间长，从而导致设备成本过高；又或者水热合成需要使用有机钛为原料，从而导致生产成本过高。
这些原因导致无法实现四方相BaTiO3纳米粉末水热合成的规模化生产。
同时水热法在粉体中存在杂质，也限制了该法的应用，因此，尚未见该法在工业上应用的报道，基本上处于实验室探索的阶段。
溶胶---凝胶法多采用蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度，工艺过程中不引入杂质粒子，所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄。
但其原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高温热处理会使粉体快速团聚，并且其反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和工业化。
钛酸钡陶瓷制备实验报告(3篇)
第1篇实验目的本实验旨在了解钛酸钡陶瓷的制备过程，掌握固相反应法合成钛酸钡陶瓷的实验步骤，并通过对实验结果的分析，探讨影响钛酸钡陶瓷性能的关键因素。
实验原理钛酸钡（BaTiO3）是一种具有钙钛矿结构的压电陶瓷材料，广泛应用于电容器、传感器、换能器等领域。
钛酸钡陶瓷的制备主要通过固相反应法，即利用高温使钡源和钛源发生化学反应，生成钛酸钡晶体。
实验材料1. 纯度≥99.9%的钛酸钡原料2. 纯度≥99.9%的钡源3. 纯度≥99.9%的钛源4. 纯度≥99.9%的氧化铝（Al2O3）作为助熔剂5. 砂轮研磨机6. 高温炉7. 精密天平8. 精密移液器9. 烧结炉10. 显微镜11. X射线衍射仪（XRD）实验步骤1. 原料准备：称取适量的钛酸钡原料、钡源、钛源和氧化铝，精确至0.01g。
2. 原料混合：将称取好的原料放入球磨罐中，加入适量的去离子水，开启砂轮研磨机进行球磨，时间为2小时。
3. 干燥：将球磨后的浆料在60℃下干燥12小时，得到干燥的粉体。
4. 压制成型：将干燥后的粉体进行压制成型，得到尺寸为10mm×10mm×1mm的陶瓷片。
5. 烧结：将陶瓷片放入高温炉中，在1300℃下烧结2小时。
6. 性能测试：对烧结后的钛酸钡陶瓷进行XRD分析，测定其物相组成；使用显微镜观察其微观结构；测量其介电常数和介电损耗。
实验结果与分析1. XRD分析：通过XRD分析，发现钛酸钡陶瓷主要成分为BaTiO3，没有其他杂质相生成。
2. 微观结构：通过显微镜观察，发现钛酸钡陶瓷晶粒尺寸均匀，分布良好。
3. 介电常数和介电损耗：测量结果表明，钛酸钡陶瓷的介电常数为3450，介电损耗为1.89%，满足实验要求。
结论本实验采用固相反应法成功制备了钛酸钡陶瓷，实验结果表明，该方法能够得到物相组成单一、微观结构良好的钛酸钡陶瓷。
通过调整原料配比、球磨时间、烧结温度等因素，可以进一步优化钛酸钡陶瓷的性能。
钛酸钡制备实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：压电陶瓷钛酸钡的制备年级：09级材料化学日期：2011-9-7 姓名：蔡鹏学号：222009316210096 同组人：邹磊一、预习部分电子陶瓷用钛酸钡粉体超细粉体技术是当今高科技材料领域方兴未艾的新兴产业之一。
由于其具有的高科技含量，粉体细化后产生的材料功能的特异性，使之成为新技术革命的基础产业。
钛酸钡粉体是电子陶瓷元器件的重要基础原料，高纯超细钛酸钡粉体主要用于介质陶瓷、敏感陶瓷的制造，其中的多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻器件与我们的日常生活密切相关，如PTC热敏电阻在冰箱启动器、彩电消磁器、程控电话机、节能灯、加热器等领域有着广泛的应用；MLC多层陶瓷电容在大规模集成电路方面应用广泛。
主要制备方法1，固相法，即氧化物固相烧结法2，液相法，即溶胶---凝胶法，水热法和共沉淀法等固相法简介：以氢氧化钡和钛酸丁酯为原料，采用固相研磨和低温煅烧技术相结合的方法制得钛酸钡纳米材料粉体。
用XRD、TEM、IR和ICP对粉体进行表征结果表明，所得钛酸钡粉体的粒径约为15—20nm，粒子形状近似为球形，晶体结构为立方相，钛钡物质的量比约为1.0.样品制备：称取４．６７９Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２０于研钵中研细后，为６６８～８９２℃时，存在于晶格中的羟基被除去。
加人１ｍｌ无水乙醇，拌匀，使Ｂａ（０Ｈ）２・８ＨｚＯ被乙醇充分湿润，然后加入５．ｏｍｌ钛酸丁酯（使反应物中钡与钛的物质的量之比为１．０１ｔ１．ｏ）．混匀后，研磨３０ｍｉｎ，得白色糊状物，放置２４ｈ，变为白色粉末状体。
研细后，置于马弗炉中在不同温度下煅烧３ｈ（将１马弗炉加热到所需温度后再放入样品），产物冷却后。
用５０ｍｌ０．１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＡｃ溶液浸泡１ｈ（洗去反应过程中Ｂａ（ＯＨ）２吸收空气中的Ｃ０２生成的ＢａＣ０３），离心分离。
先用蒸馏水洗涤３次，再用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤２次，置于恒温干燥箱中于８０℃干燥６ｈ，得ＢａＴｉＯ。
钛酸钡粉体制备
钛酸钡纳米粉体的制备方法摘要：钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料，本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业，如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。
关键词：钛酸钡；粉体;制备方法；1.引言钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加，对其质量要求也越来越高。
制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。
所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直是各国科学家的研究重点。
钛酸钡的应用越来越广泛。
目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。
2.钛酸钡粉体的制备工艺2.1固相研磨-低温煅烧法传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。
朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃2.2水热法合成水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。
由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。
水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。
陶瓷储能电容器的关键技术1对钛酸钡粉体掺杂改性
3.2控制粒径大小、粒径分布和组分及相的均一性
实践表明，紧靠钛酸钡的掺杂改性，是不能同时实现钛酸钡介 电常数和温度系数改善。根据晶粒的尺寸效应，随着晶粒尺寸[] 增大，钛酸钡的介电常数是先增大后减小的。实验表明，当钛酸 钡的粒径为1.116um时[4]，其介电常数最大。因此，在烧结过程中， 控制钛酸钡粒径大小是提高介电常数的一个重要途径。此外均匀、 的粒径分布、均匀的组成分布、均一的相结构和致密的结构也是 提高介电常数和改善温度系数的重要因素。 目前科研人员多采用溶胶-凝胶法来制备高纯度、亚微米级的 钛酸钡。
L/O/G/O
陶瓷储能电容器
天津大学 电子信息工程学院 王月
天津大学电子信息工程学院
摘要：陶瓷储能电容器由于具有比功率密度大、比能量 密度大、充放电时间短、循环寿命长、温度使用范围广 等优点，有可能成为新一代的储能装置，已成为各方关 注的焦点。本文将简单介绍陶瓷电容器的储能原理及极 化机制，从钛酸钡粉体的掺杂、粉体粒径、击穿电压三 Click to add title in here 方面分析了陶瓷储能电容器的关键技术。
图1.电极附近的空间电荷
实际上，晶界、相界、晶格缺陷等缺陷区都可以阻挡自由 离子的运动。因此，自由离子再外加电场的作用下聚集在缺 陷处，形成空间电荷（图2）。
该理论认为包裹氧化铝后 形成大量氧空位，氧空位 偏聚在钛酸钡和绝缘晶界 附近，导致空间电荷极化 加强，形成了晶界效应。
下表是目前市场上电动汽车的技术指标[1]：
从上表可以看出，这些传统电池都不能很好的达到电动汽车 的要求，于是人们开始寻找各方面性能都比较优异且价格适中 储能器件，而陶瓷电容器恰好具备满足电动汽车各项要求的性 能，成为科学研究的焦点。下表陶瓷储能电容器与电池性能比 较：
一种钛酸钡基X8R型多层陶瓷电容器用介质材料及制备方法[发明专利]
![一种钛酸钡基X8R型多层陶瓷电容器用介质材料及制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d8474157793e0912a21614791711cc7931b778f3.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011207796.X(22)申请日 2020.11.03(71)申请人 华南理工大学地址 510640 广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人 陈志武 胡婉兵 王歆 卢振亚 符小芝 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有限公司 44245代理人 李本祥(51)Int.Cl.C04B 35/468(2006.01)C04B 35/622(2006.01)C04B 35/626(2006.01)C04B 35/638(2006.01)C04B 35/64(2006.01)H01G 4/12(2006.01)(54)发明名称一种钛酸钡基X8R型多层陶瓷电容器用介质材料及制备方法(57)摘要本发明公开了一种钛酸钡基X8R型多层陶瓷电容器用介质材料及制备方法，该材料化学式为BaTiO 3‑0.01A ‑0.005Nd 2O 3‑x Bi 2O 3‑y Ho 2O 3+0.5wt％B，其中x＝y＝0.75～1.5mol％。
其制备方法为：1)以Nb 2O 5和Co 2O 3为原料制备Nb ‑Co复合氧化物掺杂剂粉料A；2)以Zn(CH 3COO)2·2H 2O和H 3BO 3为原料制备硼锌助烧剂粉料B；3)根据上述化学式配料，将原料放入球磨机中用湿式球磨法混合球磨，并经烘干得到陶瓷粉体；4)将陶瓷粉体研磨、造粒、过筛，干压成型得到陶瓷生坯；5)将陶瓷生坯排胶后在烧结。
本发明制备的介质陶瓷材料在‑55～150℃温度范围内满足容温变化率|△C/C 25℃|≤15％，且室温下介电常数为2400以上，室温介电损耗不超过2.0％。
权利要求书1页 说明书8页 附图3页CN 112479705 A 2021.03.12C N 112479705A1.一种高介电常数X 8R型多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：其由四方相亚微米级钛酸钡BaTiO 3、Nb ‑Co复合氧化物掺杂剂A、Nd 2O 3、Bi 2O 3、Ho 2O 3以及硼锌助烧剂B组成，其化学式为BaTiO 3‑0.01A ‑0.005Nd 2O 3‑xBi 2O 3‑yHo 2O 3+0.5wt％B，其中x＝y＝0.75～1.5mol％；所述的高介电常数X 8R型多层陶瓷电容器用介质材料在‑55～150℃温度范围内满足容温变化率|△C/C 25℃|≤15％，且室温下介电常数为2400以上，室温介电损耗不超过2.0％；所述的Nb ‑Co复合氧化物掺杂剂A是以Nb 2O 5和Co 2O 3为原料，控制Nb 2O 5和Co 2O 3摩尔比为1.5：1～2.5：1，将原料球磨，烘干、预烧得到。
钛酸钡粉体制备
钛酸钡纳米粉体的制备方法摘要：钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料，本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业，如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。
关键词：钛酸钡；粉体;制备方法；1.引言钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加，对其质量要求也越来越高。
制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。
所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直是各国科学家的研究重点。
钛酸钡的应用越来越广泛。
目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。
2.钛酸钡粉体的制备工艺2.1固相研磨-低温煅烧法传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。
朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃2.2水热法合成水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。
由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。
水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。
压电陶瓷材料钛酸钡的制备实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：压电陶瓷材料钛酸钡的制备年级:2015级材料化学日期：2017/09/27姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分钛酸钡（BaTiO3）是经典的铁电、压电陶瓷材料，由于其具有高的介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能，主要用于制作高电容电容器、多层基片、各种传感器、半导体材料和敏感元件；在电子陶瓷、化学化工、国防军事、航空航天等诸多领域中有着极为广泛的应用。
随着现代科学技术的飞速发展和电子元件的小型化、高度集成化，需要制备与合成符合发展要求的高质量的钛酸钡基陶瓷粉体。
目前钛酸钡的主要制备方法有固相法，即氧化物固相烧结法；液相法，即溶胶－凝胶法、水热法和共沉淀法等。
由于固相法无法对钛酸钡生产过程中粉体微观结构和性能进行物理、化学方法的有效控制，从8O年代开始，液相法逐渐成为各国普遍重视的方法。
水热法制备的粉体，由于特殊的反应条件，具有粒度小、分布均匀，团聚较少的优点，且其原料便宜，易得到符合化学计量比并具有完整晶形的产物；同时粉体无需高温煅烧处理，避免了晶粒长大、缺陷的形成和杂质的引入，具有较高的烧结活性等。
但这些工作或者合成的BaTiO3为亚稳态的立方相结构而非四方相，无法满足电子元件性能的需要；或者水热所需的温度高，时间长，从而导致设备成本过高；又或者水热合成需要使用有机钛为原料，从而导致生产成本过高。
这些原因导致无法实现四方相BaTiO3纳米粉末水热合成的规模化生产。
同时水热法在粉体中存在杂质，也限制了该法的应用，因此，尚未见该法在工业上应用的报道，基本上处于实验室探索的阶段。
溶胶---凝胶法多采用蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度，工艺过程中不引入杂质粒子，所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄。
但其原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高温热处理会使粉体快速团聚，并且其反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和工业化。
钛酸钡电容器制备流程
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基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备
基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备知者问国瓷材料(300285) 高纯纳米钛酸钡可以用来做高性能储能材料。
请问公司下游客户中有做高性能储能产品的吗？应用面主要在哪些行业？2012年08月17日14:08国瓷材料答知者: 尊敬的投资者：您好！目前公司的主要客户主要是MLCC生产厂家。
关于高纯纳米钛酸钡用于储能材料方面的文章网上都有介绍如“基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备”等，请参考。
2012年08月17日16:47北京化工大学硕士学位论文基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备姓名:翟晓静专业:化学工程与技术,本研究从高介电性能材料BaTi03粉体的表面包覆入手,分别利用sol-gel法和沉淀法在纳米BaTi03表面包覆上一层氧化铝后,再利用s01.gel 法在其表面包覆一层钙镁硅铝酸盐玻璃(CaMgAl4Si8024),制成了具有双包覆层的"芯.壳结构材料。
系统地研究了包覆A1203的工艺参数,并对此双包覆层材料的电性能进行了研究。
根据热分析实验确定了双包覆层复合陶瓷的烧结温度为800℃,陶瓷的击穿场强最大可达2.8×106V//cm。
随着超级电容器在移动通讯航空航天和国防科技等领域的不断应用【l】,特别是环保汽车-电动汽车的出现,大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景。
其在纯动力车的应用在于,当汽车启动和爬坡时快速提供大电流和大功率电流,可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制,大大延长电池的使用寿命,提高电动汽车的实用性。
由美国EEstor公司开发的新储能系统【2】成功应用在Texas公司的ZENN汽车中。
国家十五计划"863"电动汽车重大专项攻关中已将电动车用超级电容器的开发列入发展计划。
电子工业近几十年快速发展,原来单纯仅靠一种材料作为电容器介质的材料已表现出许多缺陷。
例如,单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器,尽管其电容值较高,但在使用过程中有致命的弱点就是陶瓷的脆性,受温差和机械作用等影响易于开裂;并且,从现代产品的制造工艺和成本等方面考虑,大多数陶瓷电容器需要在1000℃左右的高温下与丝网电极进行共烧,工艺复杂能耗大,柔韧性差,易开裂。
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基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备知者问国瓷材料(300285) 高纯纳米钛酸钡可以用来做高性能储能材料。
请问公司下游客户中有做高性能储能产品的吗？应用面主要在哪些行业？2012年08月17日14:08国瓷材料答知者: 尊敬的投资者：您好！目前公司的主要客户主要是MLCC生产厂家。
关于高纯纳米钛酸钡用于储能材料方面的文章网上都有介绍如“基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备”等，请参考。
2012年08月17日16:47北京化工大学硕士学位论文基于钛酸钡粉体的高储能电容器材料的制备姓名:翟晓静专业:化学工程与技术,本研究从高介电性能材料BaTi03粉体的表面包覆入手,分别利用sol-gel法和沉淀法在纳米BaTi03表面包覆上一层氧化铝后,再利用s01.gel 法在其表面包覆一层钙镁硅铝酸盐玻璃(CaMgAl4Si8024),制成了具有双包覆层的"芯.壳结构材料。
系统地研究了包覆A1203的工艺参数,并对此双包覆层材料的电性能进行了研究。
根据热分析实验确定了双包覆层复合陶瓷的烧结温度为800℃,陶瓷的击穿场强最大可达2.8×106V//cm。
随着超级电容器在移动通讯航空航天和国防科技等领域的不断应用【l】,特别是环保汽车-电动汽车的出现,大功率的超级电容器更显示了其前所未有的应用前景。
其在纯动力车的应用在于,当汽车启动和爬坡时快速提供大电流和大功率电流,可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制,大大延长电池的使用寿命,提高电动汽车的实用性。
由美国EEstor公司开发的新储能系统【2】成功应用在Texas公司的ZENN汽车中。
国家十五计划"863"电动汽车重大专项攻关中已将电动车用超级电容器的开发列入发展计划。
电子工业近几十年快速发展,原来单纯仅靠一种材料作为电容器介质的材料已表现出许多缺陷。
例如,单纯依靠具有高介电常数的陶瓷材料制作的电容器,尽管其电容值较高,但在使用过程中有致命的弱点就是陶瓷的脆性,受温差和机械作用等影响易于开裂;并且,从现代产品的制造工艺和成本等方面考虑,大多数陶瓷电容器需要在1000℃左右的高温下与丝网电极进行共烧,工艺复杂能耗大,柔韧性差,易开裂。
因此,通过材料的复合效应,利用无机和无机材料各自的优点,研究具有高介电常数的无机//无机复合电介质材料是解决以上问题的重要途径。
钛酸钡是一种钙钛矿型电子陶瓷材料,具有优良的介电和铁电性能。
当钛酸钡中钛元素与钡元素的物质的量的比为:l:l(即分子式为BaTi03)时,其不同的晶型可分别具有压电性、介电性和热电性.其立方晶型具有很高的介电常数,在室温下可达1500-1600。
因此,BaTi03可以作为制备大容量电容器的材料。
但由于高相对介电常数陶瓷的致命弱点,如老化、疲劳、退化和介电性能衰减等,限制了它们的应用,而表面包覆改性技术的应用为克服这些问题提供了一个行之有效的办法【5】。
要实现高的储能密度,电介质材料必须有很大的介电常数, BaTi03系陶瓷材料具有很高的介电常数,因此用它作为电介质制成的电容器具有很高的储能密度。
1.2 钛酸钡系陶瓷材料钛酸钡系电子陶瓷材料作为一种近几十年才发展起来的一类新型现代功能陶瓷材料,具有高介电常数、铁电性、热释电性等优良的电性能,被广泛应用于电子陶瓷工业,是制备正温度系数(PTC)热敏电阻器、MLCC、动态随机存取存储器(DRAM)、和光电元件的必要原料。
BaTi03系电子陶瓷材料已成为现代功能陶瓷中最重要的一类,逐渐成为电介质陶瓷领域使用最广泛的材料之一,是电子陶瓷元器件的基础母体原料,尤其在高介电常数系材料方面,具有极高介电常数的BaTi03几乎是所有高介电常数材料的基体,被称为"电子陶瓷行业的支柱"。
BaTi03具有铁电、压电、正温度系数效应等优异的电学性能,使其成为电子工业和陶瓷工业中的关键材料,目前BaTi03在电子陶瓷工业应用最广、最具发展潜力的领域就是陶瓷电容器。
近年来,BT基介电材料占陶瓷电容器总消耗量的90%以上。
随着电子产品小型化进程的快速发展,电子元器件的小型化和微型化需求凸现出来, 结构紧凑的陶瓷电容器受到青昧。
为增加小体积元件中的电荷容量,一个元件中, 介质材料与电极夹层化和多层化的设计得到普及。
这种陶瓷介质(如(Sr,Ba)Ti03)与金属电极(如Ag,Pd//Ag,Ni或Cu等)交错叠层形成多层陶瓷电容器(MLCC)。
其主要的工业应用在外电场的作用下能形成电滞回线铁电体强的非线性半导体化后具有正温度系数效应机电耦合系数较高,化学性质稳定,有较大的工作温度范围MLCC等电子元件信息存储、图像显示、光记忆及全息照相器件制造介质放大器、脉冲发生器、稳压器、开关、频率调制等制作热敏电阻(PTCR),应用于通??装置、录像机、电冰箱、卫生设各和保健设备、变压器保护等作为压电陶瓷应用于扩音器、换能器等方面钛酸钡的表面改性技术当前功能陶瓷材料的发展趋势可以归纳为以下几个特点:复合化、多功能化、低维化、智能化和设计、材料、工艺一体化。
单一材料的特性和功能往往难以满足新技术对材料综合性能的要求,材料复合化可以获得远高于单一材料的综合功能效应[17-19]。
BaTi03陶瓷具有介电常数高、化学稳定性强、介质损耗较小等特性,且在室温下介电常数随温度变化比较平坦等优点,但由于其工作温区比较窄,居里点不高,在室温附近存在着相变,而且材料需要较高的烧结温度,且烧结困难。
因此,为了使BaTi03基陶瓷的性能得到改善,使其进一步达到应用的要求,必须对其进行改性研究。
颗粒包覆技术可对原始材料进行有目的的表面掺杂、表面包覆等处理,赋予粒子某种物理化学性能,即实现粒子初步多功能复合化,从而可以制备出相应功能的新材料。
高储能密度陶瓷电容器电气性能的研究戴玲, 林福昌, 朱志芳,李劲(华中科技大学电气与电子工程学院,武汉)阐述了BaTiO3 的铁电特性引起的MLC放电波形的特殊性后初步研究了电容器样品的损坏机理和关键因素。
符合X7R温度特性的MLC 的稳定电气性能表明了它很适于制作高压、大容量高储能密度电容器。
引言高储能密度陶瓷电容器的特点是: ①介电常数ε高( > 10000) ,而工作场强较低; ②材料不易老化, 脉冲放电寿命非常长; ③端部烧结的制造工艺使其通流能力很强。
因此,这种电容器适用于高频率大功率微波装置。
多层陶瓷电容器(MLC) 目前多用于低电压(数V 到数十V) 、小容量(pF到nF 级) 的电子电路。
用于高压(数百V) 大功率脉冲电源则需提高工作电压,增加单个电容器的容量。
本文用第2 类陶瓷材料研制并试验、分析了多种形式的MLC试品。
1陶瓷材料的选取陶瓷电容种类繁多,高介铁电瓷(以BaTiO 3 系和SrTiO 3 系为主) 适于高压、高储能密度陶瓷电容器。
虽然SrTiO 3 高频损耗和电致伸缩小, 但Ba2TiO 3 介电常数高,储能密度高(这是最主要要求)更适于高储能密度电容器,故目前国内应用较多。
根据美国电工协会标准( EIA2198212E),MLC所用陶瓷材料可按温度系数分3 类:第1 类为温度补偿型或超稳定级(COG或NP0) ,电气性能很稳定,几乎不随温度、电压、时间而变,适于低损耗、高稳定性的回路,但其介电常数太低,不能制造高储能密度电容器。
第2 类为稳定级( X7R 等) ,温度系数相对较高即温度特性较好,且介电常数高(2 000~10 000) , 按其电气参数推算可制造储能密度为500 J/ L 或更高的电容器。
第3 类为能用级(Y5V、Z5U 等) ,其介电常数很高,但温度特性很差2] 。
陶瓷电容器可承受长期的充放电而不损坏,这也是它优于金属化膜电容器的一个重要方面。
所有电容器经100 万次充放电考验后即能继续打到1 000 万次,且电气参数变化不大。
总结与展望本文用实验验证了BaTiO 3 系符合X7R 温度特性的多层陶瓷电容器可作为脉冲放电回路中的储能元件。
MLC 电气性能十分稳定,1 000 万次充放电后,电容量变化基本< 5 %,介损变化<015 %。
高频特性与放电波形良好。
目前,基于1μF 电容器研制出的10μF 样品(其储能密度约500 J/ L) 已通过500 V 大电流充放电实验。
可以预见,陶瓷电容器非常适于制造中高压、大电流、长寿命的储能电容器,且可实现大容量。
戴玲1976 年生,博士生,从事高电压及脉冲功率技术的研究。
储能密度钛酸钡基复合材料王亚军，武晓娟，曾庆轩北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，与常规电池及超级电容器相比，储能电容器具有充放电出了越来越高的要求。
50多年前，研究者就对高储能密度介电材料进行了开发和应用，到目前为止，高储能密度介电材料可应用于混合动力汽车、坦克电磁炮、电磁发射平台等高负载工作环境中。
新技术的发展和新的应用对提高介电材料的储能特性也提出了更高的要求。
作为主要的电介质材料，钛酸钡（BaTiO3）陶瓷因具有高介电常数和低介电损耗，被广速度快的优良性能，此外，储能电容器储能密度高、抗循环老化、性能稳定，在电力、电子系统中扮演着重要的角色。
随着材料科学的发展，电容器逐渐向高储能、小型化、轻质量、低成本、高可靠性等方向发展，近年来，随着环境保护的呼声越来越高，含铅材料受到了极大的限制，传统的PZT 基压电陶瓷由于含有大量的Pb ，其制造和使用已经被限制，BaTiO3 基陶瓷材料再次成为研究的热点。
目前,常用的储能电容器电介质材料主要是聚合物介电材料，聚偏氟乙烯（PVDF ）是最主要的聚合物介电材料，PVDF 及其共聚物和三聚物都具有较高的储能密度。
而通过改进工艺并选择质量较好的原材料时，可使共聚物击穿强度增大（>700MV/m ），储能密度增加到25J/cm 3 [8] 2钛酸钡改性研究由于具有很高的介电常数，自从BaTiO3 被发现以来即被用做电容器介电材料，它已经成为电子工业中不可或缺的材料。
近年来，随着对纳米复合材料研究的深入，BaTiO3 粒子的研究也已经集中到纳米尺度（1—100nm），纳米BaTiO3 被广泛应用于制造陶瓷敏感元件、多层陶瓷电容器、压电陶瓷及聚合物基复合材料。
而纳米BaTiO3 作为催化材料是它的另一个重要应用，也有研究发现BaTiO3粒子还具有生物医学效应[17]。
陶瓷- 聚合物复合介电材料铁电陶瓷具有很高的介电常数，但是击穿强度不大；而聚合物具有很高的击穿强度，但介电常数很小，储能特性受到限制。
通过适当工艺制备的铁电陶瓷- 聚合物复合材料能同时具有较大的介电常数和击穿强度，可获得较高的储能密度。