高功率密度反铁电厚膜材料储能行为及疲劳机理研究

高储能密度、高储能效率及快速存放电材料是高功率密度大容量电容器的基础，是近代材料界研究的一个热点，具有强烈的实际应用价值。与铁电和线性介电材料相比，反铁电材料在电场作用下发生反铁电-铁电相变时总是伴随着巨大的能量存储与释放，且相变时间极短，从而更适宜于在高功率密度大容量电容器中得到应用。由于反铁电块体陶瓷及薄膜材料受厚度的限制，局限了它在实际中的应用，因此对反铁电厚膜的研究具有理论和应用两方面的意义。本申请的研究内容包括：确定A位和B位离子掺杂对PbZrO3基反铁电厚膜反铁电-铁电相变开关电场和饱和极化强度的调控规律；研究组分、膜厚、晶粒尺度、底电极、取向及工作温度对反铁电厚膜储能密度、储能效率和存放电速度的影响；探究反铁电厚膜极化疲劳行为，揭示其产生机理，并建立简单疲劳模型；优化反铁电厚膜相变过程中能量存储行为及疲劳性能，为其在高功率密度大容量厚膜电容器中的应用提供实验基础和理论依据。

本项目的执行严格按照计划进行，完成了各项预定的工作，达到了预期效果。项目主要对溶胶-凝胶法和丝网印刷法制备铅基反铁电厚膜的工艺进行了优化，详细考察了制备工艺、铅含量、化学组成、电极材料及氧化物过渡层等因素对厚膜的储能密度和储能效率的影响规律，得到了具有普遍意义的结论。同时，研究了化学组成和工作电场对反铁电材料疲劳行为的影响机理，表明在优化工艺下反铁电厚膜的储能行为具有良好的耐疲劳能力。这些结果表明反铁电厚膜材料在高储能密度大容量电容器中具有巨大的使用价值。. 同时，根据国内外对高储能密度厚膜电容的研究现状，我们对弛豫型铅基铁电材料的储能行为进行了探索性研究。结果表明该体系厚膜材料同用具有良好的储能行为，亦有望在实际中得到应用。. 在本项目的执行中，取得了一系列的研究成果。目前已发表外文文章20篇（其中18篇被SCI/EI收录）；申请中国发明专利3项；培养硕士研究生2名，其中一人获校级优秀毕业生。由于所取得的良好的研究结果，项目负责人在国际会议上应邀做特邀报告一次，且项目负责人被评选为2012年教育部“新世纪优秀人才”、内蒙古：“科技英才领军人才”和包头市“5521创新人才领军人才”等称号。