[01346114]高储能密度微晶玻璃制备及其组成、结构和性能的关联研究

新型功能微晶玻璃是高储能电容器的关键材料,在脉冲功率系统、油气深井勘探、混合动力汽车、医疗设备等重大军民用领域都有极为重要的应用,是一类对国家安全和国民经济可持续发展具有重大意义的新一代高新技术材料,也是当前材料领域研究和应用方面的重要前沿方向。目前,传统的箔式结构电容器或金属化膜电容器存在储能密度低（≤1.0 J/cm3）,而且存在发生故障后易爆炸和放电电流小、放电寿命短等缺点。聚合物薄膜具有击穿场强高和耐冲击等优点,但其实际应用受到限制;聚合物电介质的储能密度通常也不太高。陶瓷虽然有高的介电常数,但材料中存在难以消除的缺陷（气孔、晶界等）,致使材料的耐击穿场强较低,因此该类陶瓷材料储能密度也不高。近年来,铁电功能微晶玻璃集玻璃态物质的高击穿场强和介电陶瓷的高介电常数于一体,成为新型高储能电容器电介质材料研究的热点。本项成果来源于国家自然科学基金项目“高储能密度微晶玻璃制备及其组成、结构和性能的关联研究”,基于广西特色资源（稀土、非金属氧化物）,针对目前介质材料的储能密度不高和不够环保等关键问题,分别采用熔融-可控析晶和固相法制备出四种铌酸盐体系储能微晶玻璃及铌酸锶钡陶瓷材料。研究了热处理温度对微晶玻璃的相组成、介电性能、击穿强度和储能密度的影响;研究了BaF2和TiO2对含Na2O、SiO2和B2O3铌酸盐微晶玻璃的析晶行为、相组成及电性能的影响;研究了单掺CeO2和BaF2对硼硅铌酸盐体系微晶玻璃相组成、介电、铁电性能、击穿强度和储能密度的影响;揭示了添加CeO2和BaF2对该体系玻璃晶化机理及作用机制;探索了电极结构对微晶玻璃介电性能和击穿强度的影响机制;研究了Sr/Ba比对硼铌酸盐体系微晶玻璃的相组成、介电、铁电性能和储能特性的影响;研究了Re2O3和P2O5（Re= Ce,Gd,La,Sm）对含硼铌酸盐微晶玻璃微结构、介电铁电性能、储能特性和能量效率的影响规律;利用阻抗谱揭示了硼铌酸盐微晶玻璃的击穿强度和界面活化能之间的内在关联;研究了BCB对铌酸锶钡陶瓷的烧结、晶体结构、微观结构、介电性能、储能密度和能量效率的影响。获得了几种新型可实用的高储能密度（5～9 J/cm3）微晶玻璃介质材料。这些研究成果可为新型高储能密度电容器的制备及其实际应用提供有重要意义的实验依据和理论参考。