《微晶玻璃電介質介電性能調控及其界面極化機理的研究》是依託清華大學，由張勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微晶玻璃電介質介電性能調控及其界面極化機理的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張勇
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對脈衝功率技術所急需的高儲能密度電介質，以新型微晶玻璃電介質作為研究對象，以進一步提高電介質的儲能密度為目標，重點解決微晶玻璃電介質材料測試和表征技術中存在的共性問題和關鍵科學問題。基於電工學科和材料學科的交叉結合，對電介質復相材料的微觀構型（主晶相與玻璃相的連通特性）和巨觀性能參數（介電常數和擊穿場強）進行一體化、最最佳化的創新設計，進而實現微晶玻璃介電性能的有效調控。通過微觀顯微分析和巨觀測量相結合，對微晶玻璃電介質的擊穿及其充放電特性進行研究，並結合微晶玻璃復相電介質的界面極化與儲能密度的表征與測量，提出改善微晶玻璃電介質儲能密度的科學方法，為脈衝功率源的微小型化提供強有力的材料支持。
結題摘要
首先系統地研究了鈣鈦礦結構鈦酸鍶鋇微晶玻璃和鎢青銅結構鈮酸鍶鋇微晶玻璃的析晶動力學過程，揭示了鐵電相的形核、生長機制，並根據實驗結果最佳化了析晶工藝制度，分別採用整體析晶法和燒結法成功製備了一系列鈣鈦礦結構和鎢青銅結構的鐵電微晶玻璃樣品，獲得了高度緻密、晶相分布均勻的微晶玻璃電介質。其次，系統地研究了鐵電微晶玻璃微觀結構最佳化方法和工藝，探索了鐵電微晶玻璃材料的可控制備方法，成功實現了微晶玻璃微觀結構的可調控性。並優選了性能穩定的微晶玻璃組成，製備了具有高介電常數、高擊穿場強的鐵電微晶玻璃電介質材料。再者，藉助巨觀電性能測試設備和微觀表征手段，系統研究了微晶玻璃電介質的介電性能隨晶粒尺寸及形狀、玻璃相含量的變化規律，揭示了相關工藝參數對微晶玻璃電介質的界面極化與儲能密度的影響規律，深入研究了微晶玻璃微觀結構與儲能特性的關係。另外，針對微晶玻璃電介質界面極化嚴重影響儲能密度這一基本科學問題，結合熱激退極化電流測量、阻抗譜分析、電滯回線分析方法，從微觀與巨觀相結合的角度，開展了微晶玻璃材料界面極化的表征工作，探索了微晶玻璃擊穿場強與界面極化的關係，確認了材料內部的界面極化強度大小也是影響擊穿性能的一個重要因素。建立了微觀結構與界面極化、巨觀儲能特性之間的內在聯繫，揭示了複合電介質材料界面極化的機理，為高儲能密度元器件的微小型化提供了技術與理論依據。
