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1. 研究目的与意义(文献综述)
目的:
在过去的几十年里,科研人员对新型储能电容器做了大量研究,从整体来说,目前还没有一种兼容高储能密度和高功率密度的材料。铁电材料具有高介电常数、优良的铁电性和压电性的特点,由于其块体材料的击穿场强较小,从而限制了铁电块体材料的储能密度的提升,因此,铁电薄膜材料成为了储能电容器的新研究方向。随着环境保护的呼声越来越高,传统的pvz基陶瓷由于含有大量的铅,其制造和使用已经被限制。而钛酸铋钠(bnt)作为主要的电介质材料,因其具有的高介电常数和低介电损耗、高功率密度等有点,使其成为陶瓷储能电容器的理想材料。
钙钛矿结构的钛酸铋钠(bi0.5na0.5tio3,bnt),在以薄膜形式存在时,会因为高温退火过程中a位元素(na或bi)容易挥发,导致薄膜电学性能下降,施加电压未饱和薄膜就被击穿。而基于bnt薄膜的b位ti离子的掺杂对bnt薄膜性能的调节效果较好。
2. 研究的基本内容与方案
2.1基本内容:
本文探究不同b位掺杂对batio3薄膜性能的影响,以溶胶-凝胶法制备工艺为例,实验步骤为:
溶胶-凝胶法制备薄膜首先是配置前驱体,即将各组分的金属醇盐等原材料按照化学计量比溶于合适的化学溶剂中,再经磁力搅拌形成溶胶,然后经充分吸收水分,在溶胶内部进行一系列的缩合反应最终形成稳定的凝胶。第二步是制膜,采用旋转涂膜或是提拉成膜等方法,在衬底上形成湿膜。第三步是预处理,将制好的湿膜在一定温度下预退火,使有机物挥发,形成无定形的薄膜。最后是热处理,将薄膜在较高温度下退火,使其成为结晶性能良好的晶体薄膜。同样采用sol-gel法通过调节前驱体溶液的配置方法,不同衬底上制备b位元素(如mn、fe和zr)掺杂bnt基储能薄膜,在制成后对薄膜材料进行表征。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。
第4-7周:探索bi0.5na0.5tio3薄膜的工艺,并研究薄膜的电学性能。
4. 参考文献(12篇以上)
[1]高逸群. 高储能密度钛酸钡薄膜电容器的制备及其充放电特性研究[d].山东大学,2016.
[2]mn掺杂对多铁性bifeo3薄膜铁电性能以及漏电流的影响[j]. 訾玉宝,焦兴利,王海峰,刘亲壮,殷志珍,张福恒,黄振,吴文彬.低温物理学报. 2009(04)
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