SrxBa1-xNb2O6纳米陶瓷与薄膜的电卡效应

Strong electrocaloric effect of ferroelectric materials has important applications in energy technologies such as refrigeration. The project is designed to obtain environment-friendly electrocaloric materials with exceptional performance through the adjustment of composition, microstructure, and morphology, etc., on strontium barium niobatenanoceramics and films. By examining the influence of the changes in composition, preparation conditions and microstructure on electrocaloric effect of strontium barium niobate nanoceramics and films, this project sets out to analyze the intrinsic and extrinsic factors that affect the electrocaloric effect, uncover the physical mechanism of the tetragonal tungsten bronze structure, and improve the theoretical model of the electrocaloric effect.

铁电材料的强电卡效应在制冷器等能源材料中有重要的应用。本项目拟通过对SrxBa1-xNb2O6的成分、微结构、形态等的调控，获得性能优异、环境友好的电卡效应新材料。同时通过研究成分、制备条件、微结构对SrxBa1-xNb2O6纳米陶瓷与薄膜的电卡效应影响规律，分析影响电卡效应的本征和非本征因素，并揭示钨青铜结构电卡效应的物理机制，完善电卡效应的理论模型。

本项目通过对钨青铜结构的SrxBa1-xNb2O6（x=0.4,0.5,0.6）的成分、制备方法的调控，研究了成分和微结构对铌酸锶钡陶瓷的电卡效应，分析影响电卡效应的本征和非本征因素，并揭示钨青铜结构电卡效应的物理机制，完善了电卡效应的理论模型。. 本项目的主要研究内容：采用共沉淀法制备了纳米铌酸锶钡陶瓷粉末。用无机盐的溶胶-凝胶法制备了薄膜。研究了不同成分铌酸锶钡陶瓷粉末的合成机理。研究了不同方法合成陶瓷粉末的烧结机理。研究了不同烧结方法对陶瓷的微结构及电卡效应的影响规律。. 项目取得出了以下突破：从比较经济的角度，采用了两种制备方法，共沉淀法和溶胶-凝胶法。现有文献有用的溶胶凝胶法制备SBN陶瓷薄膜，基本采用锶、钡和铌的醇盐。因醇盐不稳定，不易制备和保存，在合成SBN过程中前驱体需要氩气保护，很容易产生第二相，这就加大了它的制备难度[1-3]。本项目采用碳酸钡、碳酸锶、草酸铌、硝酸、聚乙二醇为原料制得凝胶，制备方法简单易行、制得的凝胶稳定易存，增强其实际应用的可能性。共沉淀法是采用硝酸盐和草酸铌为前驱体，用氨水和碳酸铵作为共沉淀剂。用共沉淀法和溶胶凝胶法能够制备出纳米铌酸锶钡陶瓷粉末。研究了共沉淀法和溶胶凝胶法的合成机理。研究了煅烧温度对陶瓷粉末的相组成、形貌以及烧结性能的影响规律。用共沉淀法和溶胶凝胶法在600oC，就能够合成铌酸锶钡陶瓷粉末，文献上的报道1200oC，降低了600oC。这两项都是制备方法上的创新。. 本项目还研究了制备方法对SBN陶瓷的微结构和介电、铁电性能以及电卡效应的影响。对放电等离子烧结(SPS)和传统固相法烧结(CS)铌酸锶钡(SBN)陶瓷的电卡效应作了比较。放电等离子烧结(SPS)能在较低温下快速烧结高致密的陶瓷，低温快速烧结能有效抑制晶粒的生长。随温度的升高，SBN陶瓷的电卡温度变化和体系熵的变化先增大，后减小，在居里温度附近达到电卡温度变化和熵变化的最大值；在相同的温度下，随着电场变化值的增大，电卡温度变化和熵变化逐渐增大。与固相烧结法相比，SPS烧结的陶瓷晶粒尺寸小，致密度高，提高了陶瓷的介电击穿场强，从而提高了其电卡效应。. 本项目探索了两种新的合成方法，对其他铌酸盐体系的湿化学法合成有重要的借鉴作用。同时研究了微结构对陶瓷的击穿场强以及电卡效应的影响。这对完善钨青铜结构的电卡效应的物理模型有着重要的意义。