การพัฒนาสมบัติการกักเก็บพลังงานของเซรามิก (Bi0.5Na0.5)0.93(Ba0.945Ca0.055)0.07(Ti0.9946 Sn0.0054)O3 ที่มีประสิทธิภาพสูงด้วยการก่อเกิดข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกจากการเจือคู่สาร Fe และ Sb

บทคัดย่อ

การศึกษานี้ การเติมคู่สาร Fe3+/Sb3+ ในเซรามิก (Bi0.5Na0.5)0.93(Ba0.945Ca0.055)0.07(Ti(0.9946-x) Sn0.0054)(Fe0.5Sb0.5)xO3 (BNBCTS-xFS) ที่ปริมาณ x ต่างๆ เตรียมด้วยเทคนิคการเผาไหม้ของแข็งเพื่อพัฒนาสมบัติไฟฟ้าและการเก็บกักพลังงาน โดยศึกษาผลการเติมคู่สาร Fe3+/Sb3+ ต่อการเกิดเฟส ไดโพลบกพร่อง โครงสร้างจุลภาค สมบัติทางไฟฟ้าและการเก็บกักพลังงานของเซรามิก BNBCTS-xFS พบว่าเมื่อปริมาณ x เพิ่มขึ้นจาก 0.0 เป็น 0.03 ปริมาณของเฟส rhombohedral (R) ลดลงจาก 51 เป็น 24% ในขณะที่เฟส tetragonal (T) เพิ่มขึ้นจาก 49 เป็น 76 % การเพิ่มขึ้นของปริมาณ x ส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของไดโพลบกพร่องของช่องว่างออกซิเจนที่มีประจุเดี่ยว/สองเท่า (V_O^?/V_O^(??)) และ Ti3+ ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสของเฟร์โรอิเล็กทริกปกติไปสู่สถานะรีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริก (TF- R) มีค่าลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิห้องและแสดงสถานะรีแลกเซอร์เฟร์โรอิเล็กทริกที่อุณหภูมิห้อง ที่ปริมาณ x เท่ากับ 0.01 ขนาดเกรนที่ใหญ่ที่สุด (3.06 ?m) สมบัติเฟร์โรอิเล็กทริกที่ดีที่สุด (Pr ~31.04 ?C/cm2, Pm ~38.98 ?C/cm2 และ Ec ~18.28 kV) และความเครียดทางไฟฟ้าที่มากที่สุด (~0.175% ) และแสดงค่า d33* ที่ 350 pm/V ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อ x = 0.020 เซรามิกที่มีตัวคลายตามหลักสรีรศาสตร์แสดงขนาดของเกรนที่เล็กที่สุด (1.03 ?m) ค่าโพลาไรเซชันที่เหลืออยู่ต่ำสุด (Pr) ที่ 4.52 gC/cm2 และค่าสนามบีบบังคับต่ำสุด (Ec) ที่ 8.37 kV/cm ที่ สนามไฟฟ้า 60 kV cm?1 ที่สำคัญกว่านั้นสมบัติการกักเก็บพลังงาน พบว่าเซรามิกที่ปริมาณ x 0.020 มีความทนต่อสนามไฟฟ้าค่าสูงสุด (Eb = 120 kV/cm) แสดงความหนาแน่นของการเก็บพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ (Wrec) ความหนาแน่นของการเก็บพลังงานทั้งหมด (Wtotal) และประสิทธิภาพ (?) 1.81 J/cm3, 2.95 J/cm3 และ 61.30% ตามลำดับ โดยเซรามิกดังกล่าวมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยม (~25-150?C) และความเสถียรของความถี่ (~1-100 Hz) การศึกษานี้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับเติมคู่สาร Fe3+/Sb3+ ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและคุณสมบัติการเก็บพลังงานของเซรามิก BNBCTS-xFS ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คำสำคัญ

ระดับความพร้อมของโครงการ