一种具有优异储能效率的Ca2Nb2O7玻璃陶瓷材料及其制备方法

本发明涉及玻璃陶瓷材料，具体是一种具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着新能源电动汽车的普及与发展，储能材料成为新型能源材料领域的研究热点，其主要用于电气产品中的电池、电化学电容器及介质电容器，由于电气产品逐渐向轻量化、小型化和集成化发展，因此，提高能源利用率发展绿色新能源，设计具有高储能性能的电介质电容器成为迫切需求。目前市场上的介质电容器主要分为陶瓷、聚合物和复合材料，其中：陶瓷介电电容器具有高功率密度、强温度稳定性和优异的抗疲劳性能，被受到广泛关注，但是，大量孔隙的存在，降低了其致密度，导致击穿强度和储能密度较低；聚合物或聚合物基复合材料的低介电常数和较差的热稳定性也限制了其广泛应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料及其制备方法，不仅制备工艺简单，而且制备的ca2nb2o7玻璃陶瓷具有高击穿强度和高储能效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、将27.8～30mol na2co3、5.2～6.8mol k2co3、5.2～8.7mol baco3、3～7molsrco3、3～7mol caco3、3～7mol bi2o3、15～35mol tio2、26～34mol nb2o5和11.3～14.8molsio2混合均匀，得到混合物a；

5、步骤2、将混合物a加入已预热至1100～1300℃的坩埚内，接着升温至1450℃并保温使混合物a完全熔融至无气泡产生，得到熔体，然后将熔体倒入已预热至200℃的模具，待成型后得到产物b；

6、步骤3、将产物b快速转移至已提前升温至500～600℃的退火炉并保温，随炉冷却后，得到玻璃样品；

7、步骤4、将玻璃样品放入马弗炉，以5℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃并保温，使玻璃样品晶化，随炉冷却后，得到ca2nb2o7玻璃陶瓷材料。

8、进一步地，所述步骤1的na2co3、k2co3、baco3、srco3、caco3、bi2o3、tio2、nb2o5和sio2的摩尔比为29：6：6.95：5：5：5：25：30：13.05。

9、进一步地，所述步骤2的模具的材质为纯铜。

10、进一步地，所述步骤3的保温时间为2～8h。

11、进一步地，所述步骤4使玻璃样品晶化的温度为900℃。

12、进一步地，所述步骤4的保温时间为1～4h。

13、一种具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料，包括晶相和玻璃相，且晶相为ca2nb2o7，玻璃相为二氧化硅。

14、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

15、本发明采用熔融法制备ca2nb2o7玻璃陶瓷材料，不仅方法简便，工艺流程简单、生产周期短，适合工业化生产，而且通过更换不同形状的模具，可调整ca2nb2o7玻璃陶瓷的形状，以满足实际生产需求；此外，ca2nb2o7玻璃陶瓷的晶粒尺寸较小，致密度大，并均匀地分布于玻璃基体中，其储能效率η＝99.6％，击穿强度eb＝480kv/cm，然而，多数传统的陶瓷储能效率较低，最高为80％，且击穿强度不超过200～300kv/cm。这足以说明，本发明制备的ca2nb2o7玻璃陶瓷兼具高储能效率及高击穿场强，有望替代传统陶瓷材料，成为新一代候选储能材料之一。

技术特征：

1.一种具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求所述的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1的na2co3、k2co3、baco3、srco3、caco3、bi2o3、tio2、nb2o5和sio2的摩尔比为29：6：6.95：5：5：5：25：30：13.05。

3.根据权利要求所述的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的模具的材质为纯铜。

4.根据权利要求所述的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3的保温时间为2～8h。

5.根据权利要求所述的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4使玻璃样品晶化的温度为900℃。

6.根据权利要求所述的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4的保温时间为1～4h。

7.一种如权利要求1～6任一项所述方法制备的具有优异储能效率的ca2nb2o7玻璃陶瓷材料，其特在在于，包括晶相和玻璃相，且晶相为ca2nb2o7，玻璃相为二氧化硅。

技术总结本发明公开了一种具有优异储能效率的Ca<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;玻璃陶瓷材料及其制备方法，方法包括：步骤1、将Na<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、K<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;、BaCO<subgt;3</subgt;、SrCO<subgt;3</subgt;、CaCO<subgt;3</subgt;、Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、TiO<subgt;2</subgt;、Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;和SiO<subgt;2</subgt;混合均匀，得到混合物A；步骤2、将混合物A加入已预热至1100～1300℃的坩埚内，接着升温至1450℃并保温使混合物A完全熔融至无气泡产生，得到熔体，然后将熔体倒入已预热至200℃的模具，待成型后得到产物B；步骤3、将产物B转移至已提前升温至500～600℃的退火炉并保温，随炉冷却后，得到玻璃样品；步骤4、将玻璃样品放入马弗炉，以5℃/min的升温速率自室温升温至800℃～1000℃并保温，使玻璃样品晶化，随炉冷却后，得到Ca<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;玻璃陶瓷材料。本发明不仅制备工艺简单，而且制备的Ca<subgt;2</subgt;Nb<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;玻璃陶瓷具有高击穿强度和高储能效率。技术研发人员：蒲永平,蒿毓鑫,李昊泽,潘乔,鲁翔受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13