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申请/专利权人：长安大学

摘要：本发明提供了一种钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料，组成式为：Bi0.5Na0.50.8Sr0.07Ba0.07Ca0.06Ti0.75Nb0.05Mg0.05Ta0.05Zr0.05Sn0.05O3。制备方法为：将烘干后的Na2CO3原料、Bi2O3原料、CaCO3原料、BaCO3原料、SrCO3原料、Nb2O5原料、TiO2原料、Ta2O5原料、ZrO2原料、MgO原料和SnO2原料配料后球磨，然后经过预烧、二次球磨、压片、排胶、烧结、抛光和表面金属化，得到钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料，还提供了应用，用于脉冲电容器的制备。本发明制备的钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料的储能性能优良，制备工艺简单、重复性好、成本低廉，适宜工业化。

主权项：1.一种钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料的组成式为：Bi0.5Na0.50.8Sr0.07Ba0.07Ca0.06Ti0.75Nb0.05Mg0.05Ta0.05Zr0.05Sn0.05O3；所述钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料用于脉冲电容器的制备；所述钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料Bi0.5Na0.50.8Sr0.07Ba0.07Ca0.06Ti0.75Nb0.05Mg0.05Ta0.05Zr0.05Sn0.05O3的击穿场强为359~370kVcm，储能密度Wrec为4.16~4.33Jcm3，储能效率为89.7~90.1%，温度稳定性Wrec在25-200℃的温度区间内变化值7%、频率稳定性能Wrec在1-200Hz范围内变化值3%，疲劳特性Wrec在106循环范围内变化值3%；所述钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料的制备方法为：S1、烘料：分别将Na2CO3原料、Bi2O3原料、CaCO3原料、BaCO3原料和SrCO3原料分别在温度为300℃的条件下烘干6h；将Nb2O5原料、TiO2原料、Ta2O5原料、ZrO2原料、MgO原料和SnO2原料分别在温度为900℃的条件下烘干4h；所述Na2CO3原料的纯度为99.8%，所述Bi2O3原料的纯度为99%，所述CaCO3原料的纯度为99%，所述BaCO3原料的纯度为99%，所述SrCO3原料的纯度为99%，所述Nb2O5原料的纯度为99.5%，所述TiO2原料的纯度为98%，所述Ta2O5原料的纯度为99.99%，所述ZrO2原料的纯度为99%，所述MgO原料的纯度为98.5%，所述SnO2原料的纯度为99.5%；S2、配料：将S1中烘干后的Na2CO3原料、Bi2O3原料、CaCO3原料、BaCO3原料、SrCO3原料、Nb2O5原料、TiO2原料、Ta2O5原料、ZrO2原料、MgO原料和SnO2原料按照Bi0.5Na0.50.8Sr0.07Ba0.07Ca0.06Ti0.75Nb0.05Mg0.05Ta0.05Zr0.05Sn0.05O3的化学计量比分别称取、混合均匀后，得到预混料，加入玛瑙球和无水乙醇，在行星式球磨机中以300rmin~400rmin的速度球磨6h～10h，分离玛瑙球后，在温度为70℃～120℃下干燥10h～24h，研磨后过120目筛，得到原料混合物；S2中所述预混料、玛瑙球和无水乙醇的用量比为0.30g:1g：0.45mL；S3、预烧：将S2中得到的原料混合物以3℃min~5℃min的升温速度从常温升至850℃～950℃，然后恒温预烧2h～4h，自然冷却至室温，研磨后，得到预烧粉；S4、二次球磨：向S3中得到的预烧粉中加入玛瑙球和无水乙醇，球磨6h～10h，分离玛瑙球后，在温度为70℃～120℃下干燥10h～24h，研磨后过180目筛，得到球磨后的预烧粉；S4中所述预烧粉、玛瑙球和无水乙醇的用量比为0.28g:1g：0.40mL；S5、压片:向S4中得到的球磨后的预烧粉中加入质量分数为6％聚乙烯醇水溶液，造粒后过40目筛，得到流沙状的球状粉粒物质，在压力为100MPa～200MPa的单向压力条件下保压10s～60s，得到圆片状陶瓷坯体；S5中所述聚乙烯醇水溶液和球磨后的预烧粉的质量比为（5％～10％）：1；S6、排胶：将S5中得到的圆片状陶瓷坯体以1℃min~3℃min的升温速率升至500℃~600℃并保温1h~3h，然后自然冷却至室温，得到排完胶的圆片状陶瓷坯体；S7、烧结：将S5中得到的排完胶的圆片状陶瓷坯体进行烧结，得到烧结后的陶瓷坯体；烧结的条件为：先以3℃min~5℃min的升温速率从室温升温至1160℃～1220℃，恒温烧结2h～3h后，再以5℃min的降温速率冷却至室温；S8、抛光：将S7中得到的烧结后的陶瓷坯体的上、下表面用600目的砂纸打磨，再用2000目的砂纸和金刚砂抛光至厚度为0.3mm～0.5mm，放入去离子水中，超声清洗干净并烘干，得到抛光后的陶瓷坯体；S9、表面金属化：在S8中得到的抛光后的陶瓷坯体的上、下表面均匀涂覆厚度为0.01mm～0.03mm的银浆，然后置于电阻炉中，以3℃min~6℃min的升温速率升至温度为850℃，保温10min，自然冷却至室温，得到钛酸铋钠基高熵介质储能陶瓷材料。

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