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

Grain size effects and interface effects of energy storage properties will be extensively investigated in barium strontium titanate based composites. Wet-chemical method and spark plasma sintering combined with heat-treatment will be used to prepare dielectric composites with various grain size and various interface. The effects of grain size and interface structure upon the energy storage properties will be investigated to clarify the size effects and interface effects. Then barium strontium titanate based materials with high energy storage density will be prepared by spark plasma sintering through structure design and interface control.

高储能密度电介质材料是储能电容器的关键材料。本项目重点研究钛酸锶钡基复合电介质材料储能特性的晶粒尺寸效应和界面效应，并协同利用它们提高复合电介质的储能密度。拟利用湿化学法和放电等离子烧结结合热处理的方法制备具有不同晶粒尺寸和不同界面结构的钛酸锶钡基无机复合电介质材料，通过系统研究晶粒尺寸和界面结构对复合电介质材料储能特性的影响规律，揭示其储能特性的尺寸效应和界面效应。在此基础上，对复合材料进行结构设计和界面设计，探索利用放电等离子烧结结合热处理的方法制备具有特定结构和界面的钛酸锶钡基复合电介质材料的新方法，获得具有高储能密度的储能电介质材料。尺寸效应和界面效应两个重要科学问题的解决将开辟电介质储能特性认识的新层次、促进新概念和新理论的建立，为高储能密度复合电介质材料的制备提供新思路和新方法，具有非常重要的科学意义和实际意义。

高储能密度电介质材料是储能电容器的关键材料。本项目重点研究了钛酸锶钡基复合电介质材料储能特性的晶粒尺寸效应和界面效应，并协同利用它们提高复合电介质的储能密度。利用湿化学法、固相反应法结合放电等离子烧结技术制备了一系列致密的钛酸锶钡基陶瓷。通过微结构分析，介电常数、介电损耗、介电击穿场强以及储能密度的测试，发现晶粒尺寸对钛酸锶钡陶瓷的储能密度影响不大，致密度、内部缺陷和界面是影响钛酸锶钡基陶瓷储能特性的关键因素，获得了储能密度高达1.69J/cm3的电介质材料，与已报导的传统烧结钛酸锶钡陶瓷相比，提高了约3倍。项目研究结果丰富了储能电介质物理学的理论研究，为高储能密度复合电介质材料的制备提供新思路和新方法。