(1– x )K 0.5 Na 0.5 NbO 3 - x Bi(Mg 0.5 Ti 0.5 )O 3 无铅弛豫铁电陶瓷的介电、铁电和高储能行为

利用传统固相法制备了(1–x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3 (简写: (1–x)KNN-xBMT, x = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20)无铅弛豫铁电陶瓷, 并对其相结构、微观形貌、介电特性与储能行为进行了系统的研究. 研究结果表明, 随着BMT含量的增加, (1–x)KNN-xBMT陶瓷由正常铁电体逐渐转变为弛豫铁电体, 表现出强烈的弥散相变特征, 其最大极化强度Pmax随之逐渐降低. 当x = 0.15时, 陶瓷具有最大的击穿电场, 为275 kV·cm–1. 采用间接方式对(1–x)KNN-xBMT陶瓷的储能性能进行计算, 发现当BMT的含量为x = 0.15时, 可获得最佳的储能性能: 当场强为275 kV·cm–1时, 可释放储能密度Wrec为2.25 J·cm–3, 储能效率η高达84%. 鉴于实际应用的需求, 对各组分陶瓷进行直接测试, 结果表明随掺杂量的增加, 储能密度Wdis呈现先增大后减小的变化趋势, 当x = 0.15时, 储能密度为1.54 J·cm–3, 放电时间仅为88 ns. 另外, 该材料在1—50 Hz范围内具有良好的频率稳定性, 在25—125 ℃范围内具有良好的温度稳定性, 储能密度的变化量低于8%. 该研究表明KNN-BMT陶瓷在环境友好高储能密度电容器领域具有广阔的应用前景.