《鈣鈦礦型儲能電介質的多層次結構設計與新材料探索》是依託武漢理工大學，由劉韓星擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦型儲能電介質的多層次結構設計與新材料探索
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：劉韓星
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高功率脈衝技術小型化、高功率化需要其儲能電介質具有高儲能密度、高功率密度、寬工作溫度範圍和長耐久性，鈣鈦礦型電介質是固態儲能介質的重要候選材料之一，提高其儲能密度是急需解決的關鍵問題之一。本項目針對影響鈣鈦礦型儲能電介質儲能密度的介電常數、耐壓強度等關鍵因素，圍繞電介質多層次結構（電子結構、晶體結構、顯微結構等）與介電性能和耐壓強度的本質關聯、外場作用下電介質結構與性能變化及其機理、影響電介質耐壓強度本徵與非本徵因素等問題，開展鈣鈦礦型儲能電介質的電子結構與顯微結構設計、多層次結構對介電性能和耐壓強度的影響與機制、不同層次結構的形成過程與調控方法、電擊穿機理等研究，形成鈣鈦礦型高儲能密度電介質組成設計的原則與結構調控方法，豐富材料科學、電介質理論的知識體系，為研製鈣鈦礦型高儲能密度電介質提供科學依據和指導，推動高功率脈衝技術的發展。
結題摘要
本項目圍繞鈣鈦礦型儲能電介質所涉及的基本科學問題與關鍵材料問題開展研究，通過摻雜調整組份、玻璃相添加、第二相或多組元引入、微結構調控等手段對影響介電性能的本徵因素、非本徵因素、外場作用因素進行系統研究，分析了組成、多層次結構（電子結構、晶體結構、顯微結構等）對介電性能的影響，確定影響鈣鈦礦型儲能電介質的介電性能和耐壓強度的關鍵因素，形成了鈣鈦礦型高儲能密度電介質的組成設計原則與結構控制方法，為研製新型的鈣鈦礦型電介質提供科學依據和指導。本項目按照任務書的內容開展研究工作，全面完成各項研究內容，達到預期目標。發表SCI論文46篇，申請發明專利15項，授權5項，材料衍射數據卡片5張，主辦國際學術會議1次。主要的研究工作與創新進展有以下幾方面：（1）鈣鈦礦型儲能電介質不同組成控制以及介電性能研究。研究BaTiO3、SrTiO3基固溶體系電介質摻雜以及組份調整對介電性能的影響，以及製備工藝對顯微結構以及介電性能影響，適量的無鹼玻璃（Ba-B-Al-Si，Zn-B-Si，Bi-B-Al-Sr，Ba-B-Zn等體系玻璃料）加入對BaTiO3、SrTiO3基複合體系陶瓷的緻密度和耐壓強度都有所改善。（2）不同層次結構設計對材料介電性能影響機理研究，包括微結構的有序化、納米化、疊層對介電性能的影響。通過織構結合摻雜改善K0.5Na0.5NbO3（KNN）微觀結構的有序化，可有效改善在某一方向壓電性能；通過調整燒結溫度製備具有不同晶粒尺寸（0.5 μm- 5.6 μm）的Ba0.4Sr0.6TiO3緻密陶瓷，晶粒尺寸的變化對BST順電態陶瓷的儲能性能有著重要影響。通過納米化、疊層以及多殼層結構設計，研究微結構對BaTiO3基介電性能影響機理。（3）鈣鈦礦型電介質電子結構的第一原理分析。通過第一原理計算類鈣鈦礦結構電介質以及摻雜的鍵長，鍵角等結構參數以及態密度，價鍵能等，發現Bi，Y摻雜以及Na0.5 Bi0.5TiO3（NBT）固溶會降低BaTiO3介質的鐵電性，從而影響其介電性能。
