研究目的
开发具有高室温热释电系数的无铅铁电陶瓷,用于热能收集应用。
研究成果
通过调节锆含量使相变温度接近室温,无铅BNT-BZT陶瓷实现了27.2×10?? C·m?2·K?1的高室温热释电系数。该数值较原始BNT-BT材料有显著提升,且与铅基材料相当,使其在热能收集应用方面极具前景。
研究不足
相变温度被调节至约38°C,该温度接近室温,但可能仍需针对更广泛的环境条件进行优化。与峰值相比,锆掺杂会降低热释电系数,且能量收集性能是在特定温度波动范围(25°C至50°C)下测试的。
1:实验设计与方法选择:
采用固相反应法制备了x=0至0.25的0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTi1-xZrxO3(BNT-BZxT1-x)陶瓷,工艺流程包括球磨、煅烧、压片和烧结。
2:25的94Bi5Na5TiO3-06BaTi1-xZrxO3(BNT-BZxT1-x)陶瓷,工艺流程包括球磨、煅烧、压片和烧结。 样品与数据来源:
2. 样品与数据来源:以市售试剂级金属氧化物(Bi2O3、Na2CO3、TiO2、BaCO3、ZrO2)为起始原料。
3:Na2COTiOBaCOZrO2)为起始原料。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(XRD,7000S/L,岛津公司)、场发射扫描电镜(FE-SEM,蔡司Geminisem 300)、能谱仪(EDS,牛津仪器X-MaxN SN 78,861)、阻抗分析仪(E4980 A,安捷伦科技)、极化回线测试系统(PolyK Technologies)、热释电测试系统(PK-SPIV17 T,美国)、Keithley 6485皮安计、Keithley 6517B静电计。材料包括聚乙烯醇、银浆、乙醇。
4:0)、能谱仪(EDS,牛津仪器X-MaxN SN 78,861)、阻抗分析仪(E4980 A,安捷伦科技)、极化回线测试系统(PolyK Technologies)、热释电测试系统(PK-SPIV17 T,美国)、Keithley 6485皮安计、Keithley 6517B静电计。材料包括聚乙烯醇、银浆、乙醇。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:粉末混合、球磨、煅烧、压片、烧结。样品经抛光、涂覆银浆、退火后施加直流电场极化。测试项目包括XRD、SEM、EDS、介电性能、P-E回线、热释电性能及能量收集测试。
5:数据分析方法:
晶粒尺寸通过Nano Measure软件测量,晶格常数采用Rietveld精修推导,自发极化值由Origin软件计算,储能密度通过积分公式计算。
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X-ray diffraction system
7000S/L
Shimadzu Corp.
Characterization of phase compositions and crystal structures
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Field emission scanning electron microscopy
Geminisem 300
Zeiss
Characterization of grain morphology
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Energy-dispersive X-ray spectroscopy
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Characterization of energy-dispersive spectra
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6517B
Keithley
Acquisition of pyroelectric voltages and currents for energy harvesting
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PK-SPIV17 T
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