《陶瓷基高儲能複合材料關鍵問題的研究》是依託同濟大學，由姚曼文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陶瓷基高儲能複合材料關鍵問題的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚曼文
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項申請是基於EEStor的一個著名專利。該專利聲稱由氧化鋁包覆的鈦酸鋇粉體的介電常數即使在高達500伏/微米的電場下，仍可維持在約2萬的水平，從而使其具有很高的儲能密度。這一成果使許多電子陶瓷專家覺得不可思議。我們認為氧化鋁包覆膜及其在強電場下的自修復功能對於獲得高介電常數和高儲能密度起了最關鍵的作用。以往對氧化鋁膜的研究主要集中在分離、耐磨、抗蝕和光學等套用，甚少對其強場介電行為進行研究。為此我們把研究重點從高介電常數的鐵電陶瓷轉移到高抗電強度的氧化鋁膜上來，提出以下幾個關鍵問題進行研究：1.研究結構緻密、抗電強度高並能夠用於粉體包覆的氧化鋁膜的製備方法；2.研究氧化鋁膜在強場下的電流-電壓特性, 提高其抗電強度；3.深入研究氧化鋁膜在強場下的自修復特性；4.引入無機或有機電解質，強化氧化鋁膜在強場下的自修復功能，進一步提高其儲能密度和運行安全性。
結題摘要
本項目針對氧化物薄膜電介質的強場擊穿現象和自修復機制開展研究，以氧化鋁線性電介質薄膜為典型，考察分析其擊穿前的發展過程和擊穿現象以及相關的物理和化學變化、擊穿現象與環境條件、電極因素、材料在不同層次上的結構以及樣品的構型等因素的影響，對材料擊穿過程取得了比較全面的認識。引用電介質在弱場下介電性能摻雜改性和結構調控方式來提高材料的抗電強度。發現了多種元素、化合物、納米摻雜的有效體系，為進一步發展這一技術開拓了道路。 此項研究取得了氧化物電介質薄膜在強場下自修復效應的可靠實驗證據，提出了陽極氧化巨觀缺陷的自修補和離子輸運微觀缺陷的自修復兩種機制，發現溶膠-凝膠方法製備的水合氧化物薄膜是一種優異的電介質,具有很高的抗電強度和化學活性，同時還能起到固態電解質的作用，並同時能有效地保障電極材料及氧化物介質的結構組成元素,實現陽極氧化反應，實現缺陷結構的自修補與自修復，大幅度地提高了材料的抗電強度和儲能密度。這種電介質-電解質雙向複合特性過去並不多見，知之甚少，是一種適合於開發全固態高電壓電解電容器的新型電介質，無需再額外地引入其他電解質，為進一步產業化和推廣套用創造了條件。 通過本項目,對氧化物薄膜電介質的強場擊穿現象和自修復機制有了較為深入全面的認識，取得了一些突破，大幅度提高了材料的擊穿場強，使其接近材料的本徵擊穿場強，引起了國內外同行的關注，推動了薄膜電介質強場擊穿和自修復現象研究，在一定程度上彌補了電介質擊穿理論的薄弱環節，使其成為電介質領域的一個新的前沿研究方向，為進一步發展這一學術方向開了一個好頭。
