双层核壳结构钛酸锶钡基储能陶瓷的制备、性能调控及相场模拟

基本信息
批准号:51802280
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:黄玉辉
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:卢骋,傅弘义,胡子卓,鲁涓涓
关键词:
钛酸锶钡基陶瓷放电等离子烧结相场模拟电介质储能材料双层核壳结构
结项摘要

One of the key issues to promote the development of miniaturization, light-weight pulsed power systems is developing dielectric materials with high energy storage density. In this project, environment-friendly barium strontium titanate-based (BST) ceramics with high dielectric constant and low dielectric loss will be developed. BST@A@B (A=TiO2, ZrO2; B= SiO2, Al2O3, MgO) ceramics with double core-shell structure will be synthesized by wet chemical method and spark plasma sintering. The effects of phase composition, microstructure and preparation process on the energy storage performance will be systematically investigated. The key role of the intermediate layer (TiO2 or ZrO2) in tuning energy storage properties will be clarified. Enhanced dielectric breakdown strength and energy storage density of BST-based ceramics will be achieved. Additionally, an electro-thermo-mechanical phase field model will be proposed to simulate the breakdown behavior in ceramics. Quantitative analysis of local electric field distribution and space charge distribution will be performed and the interface effects on the energy storage performance will be addressed. This project will provide valuable theoretical basis and experimental guidance for the design and preparation of dielectric materials with high energy storage density.

开发高储能密度的电介质材料是推动脉冲功率系统小型化和轻量化发展的关键所在。本项目拟选取介电常数高、介电损耗小且环境友好的钛酸锶钡(BST)基陶瓷作为研究对象,采用湿化学法对其表面进行改性并结合放电等离子烧结技术制备BST@A@B (A=TiO2, ZrO2; B= SiO2, Al2O3, MgO) 双层包覆核壳结构复相陶瓷。系统地研究核壳成分、微结构和制备工艺对储能性能的影响规律,阐明中间层(TiO2或ZrO2)在性能调控中所起的关键作用,实现BST基复相陶瓷介电强度和储能密度的显著提高。此外,基于电-热-机械三者耦合的静电击穿相场模型,对复相陶瓷的击穿过程进行数值模拟,定量分析其内部局域电场分布和空间电荷分布,揭示核壳结构的界面效应和储能性能之间的关系,为高储能密度复相材料的设计和制备提供有价值的理论依据和实验指导。

项目摘要

高储能密度电介质材料在脉冲功率领域具有不可替代的作用。本项目选取介电常数高、介电损耗小、室温下为线性电介质且环境友好的钛酸锶钡(BST)基陶瓷作为研究对象,通过湿化学法和放电等离子烧结制备了多种BST基双层包覆核壳结构复相陶瓷。首先,利用葡萄糖水热法对BST表面进行了碳化处理,保证了后续壳层物质的均匀包覆;然后,利用先进的放电等离子烧结工艺在极短的保温时间下获得了超高致密度的复相陶瓷;接着,系统研究了核壳成分、微结构和制备工艺对储能性能的影响规律,阐明了TiO2中间层在性能调控中所起的关键作用,主要是调控了局域电场分布,显著提高了复相陶瓷的介电强度。最终,在BST@TiO2@SiO2和BST@TiO2@Al2O3双层包覆核壳结构复相陶瓷中实现了储能密度的显著提高(>1.6 J/cm3)。此外,本项目构建了电-热-机械三者耦合的静电击穿随机模型,并对单层包覆和双层包覆复相陶瓷的击穿过程进行了数值模拟,对其临界击穿电场进行了预测,揭示了核壳结构的界面效应和储能性能之间的关系。综上所述,项目圆满完成了预期研究目标。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
3

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
4

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
5

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020

黄玉辉的其他基金

批准号:81673004
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81372245
批准年份:2013
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:10272111
批准年份:2002
资助金额:23.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

钛酸锶钡基陶瓷的微观结构调控与高温高介电性能研究

批准号:11604022
批准年份:2016
负责人:李卓
学科分类:A2006
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

钛酸锶钡基复合电介质储能特性的晶粒尺寸效应与界面效应

批准号:51352003
批准年份:2013
负责人:吴勇军
学科分类:E0206
资助金额:15.00
项目类别:专项基金项目
3

钛酸锶钡多孔陶瓷场致增强热释电效应研究

批准号:51102102
批准年份:2011
负责人:张光祖
学科分类:E0206
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
4

核壳型钛酸锶钡三维网络的构建以及对复合电介质储能性能与热物理性能的影响

批准号:51902088
批准年份:2019
负责人:刘少辉
学科分类:E0206
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目