商品簡介
《新型電容器介電陶瓷儲能材料》可供材料、電子、能源、環境等領域從事科學研究、新材料開發、生產和管理的工作者閱讀與參考，也可作為材料科學與工程、新能源材料與器件、無機非金屬材料工程、功能材料、應用物理學等專業的本科生和研究生的教學參考書。
序
對新能源和可再生能源的開發探索，尋找提高能源利用效率的新方法，已成為21世紀的重要課題。能源的不斷消耗，特別是各類不可再生能源的大量使用，已對全球氣候、環境和人類健康造成極大的負面影響。因此，越來越多的新型綠色能源被逐漸地開發出來，將其高效轉變為電能，以供人類生產和生活使用。同時，如何有效地儲存利用好電能也變得越來越重要。
目前商用的儲能器件大致可以分為電介質電容器、電化學電容器和電池（鋰電池和燃料電池）三大類。其中電池具有較高的儲能密度和較低的功率密度，電介質電容器具有低的儲能密度和高的功率密度，而電化學電容器的儲能密度和功率密度則介於電池和電介質電容器之間。與電化學電容器和鋰離子電池相比，電介質電容器擁有較高的可釋放功率密度、較快的充放電速率以及長的循環壽命，是重要的新型功率儲能器件，在新能源汽車、智能電網以及脈衝功率系統等領域有巨大的應用潛力與商業化前景。電介質電容器這種固態儲能方式安全可靠，但儲能密度和效率不夠理想，使其實際應用受限。要實現儲能元件的小型化、輕量化，則必須提高電介質電容器的有效儲能密度及其效率。
人們對傳統成熟的蓄熱供暖技術、氣體水合物儲能技術、化學能儲存技術及其應用、電化學儲能器件與原理及其關鍵材料和儲能用碳基納米材料等進行了廣泛研究，獲得了豐富的儲能技術及其關鍵材料等方面的科學理論與知識，並開發出了眾多實用的產品和技術。然而，對於電介質電容器及其關鍵儲能材料的研究還不夠系統和完善，尤其是對儲能微晶玻璃和無鉛陶瓷材料的研究較少。近年來的研究表明，無鉛鈮酸鹽微晶玻璃和鈦酸鉍鈉基陶瓷材料具有組成可調、環境友好、化學穩定性好、擊穿強度高、能量轉換效率高和儲能密度大等諸多優點，是理想的電介質電容器用關鍵材料，在各種混合電動汽車、脈衝激光武器、電力、能源電子系統中扮演著越來越重要的角色，特別是在高能脈衝功率技術領域有不可替代的應用。因此，研究、開發用於電介質電容器的新型儲能微晶玻璃與陶瓷材料具有十分重要的意義。
本書以作者承擔的國家自然科學基金項目、廣西自然科學基金項目及作者多年來在儲能微晶玻璃與陶瓷材料研究開發方面取得的科研成果為基礎，較系統地總結了國內外在儲能微晶玻璃和陶瓷材料方面的最新成果，介紹了電容器與介電儲能材料的概念、微晶玻璃和陶瓷儲能材料研究進展、電介質儲能材料結構與性能表征、不同微晶玻璃和陶瓷體系儲能材料的制備和性能。全書共10章，包括電介質電容器與介電儲能材料，介電微晶玻璃和陶瓷儲能材料研究進展，電介質儲能材料結構與性能表征，SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-SiO2微晶玻璃制備和性能，SrO-BaO-Nb2O5-B2O3微晶玻璃制備和性能，(La2O3,Sm2O3)-SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-ZnO微晶玻璃的制備和性能，SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-P2O5微晶玻璃的制備和性能,單離子摻雜的BNT-BT陶瓷結構、鐵電和儲能性能，復合離子摻雜的BNT-BKT陶瓷結構、鐵電和儲能性能和反鐵電組元調控的BNT基陶瓷結構、鐵電和儲能性能。
本書由桂林電子科技大學陳國華、許積文著。其中陳國華編寫第2章的2.1～2.4節、第3、4、5、6、7章，許積文編寫第1、8、9、10章。作者在編寫本書的過程中參考了大量文獻，受益匪淺，並得到了國家自然科學基金和廣西自然科學基金等項目的資助，在此，謹向所有提供幫助的文獻作者和資助單位表示衷心的感謝。同時，也向在本書編寫過程中提供大量幫助的研究生們表示謝意，他們是張文俊、劉濤涌、宋俊、鄭佳、謝航、趙陽陽、盧曉鵬、霍子偉等。
介電儲能微晶玻璃和陶瓷新材料的發展很快，新體系不斷涌現，內容豐富，應用領域非常廣泛。由於時間和作者水平有限，書中不妥之處在所難免，竭誠希望使用本書的教師、研究生、本科生及其他科技工作者批評指正。
著者
2020年10月於桂林
目次
1.1引言001
1.2電介質電容器及應用003
1.2.1物理儲能電容器003
1.2.2儲能電容器的應用005
1.3電介質儲能材料007
1.3.1按材質類型分類007
1.3.2按極化類型分類009
1.4儲能密度的測試方法010
1.5影響電介質電容器性能的因素011
1.5.1影響儲能密度的關鍵因素011
1.5.2固體電介質的擊穿行為013
參考文獻016
第2章介電微晶玻璃和陶瓷儲能材料
2.1微晶玻璃概述018
2.1.1微晶玻璃的制備方法019
2.1.2玻璃的析晶原理020
2.1.3微晶玻璃的晶體生長022
2.1.4制造微晶玻璃常用的晶核劑及特點023
2.2介電儲能微晶玻璃材料的研究進展024
2.2.1鈦酸鹽體系儲能微晶玻璃024
2.2.2鈮酸鹽體系儲能微晶玻璃025
2.3影響微晶玻璃材料儲能性能的因素027
2.3.1微觀結構027
2.3.2樣品厚度028
2.3.3測試條件028
2.3.4界面極化029
2.4無鉛儲能陶瓷材料030
2.4.1無鉛儲能陶瓷材料簡介030
2.4.2無鉛儲能陶瓷材料的制備033
2.4.3BNT基無鉛儲能陶瓷的研究進展036
2.4.4影響陶瓷儲能性能的因素040
參考文獻043
第3章電介質儲能材料結構與性能表征
3.1電學性能050
3.1.1介電性能050
3.1.2鐵電性能050
3.1.3擊穿強度與韋伯分布051
3.1.4體積電阻率051
3.1.5交流阻抗譜051
3.1.6充放電性能052
3.1.7交直流電阻052
3.2差熱分析(DTA)052
3.3物相分析(XRD)053
3.4結構分析(SEM)054
參考文獻054
第4章SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-SiO2微晶玻璃制備和性能
4.1引言055
4.2添加CeO2微晶玻璃的制備和性能055
4.2.1CeO2對玻璃析晶動力學的影響056
4.2.2CeO2對微晶玻璃相組成和微觀結構的影響059
4.2.3CeO2對微晶玻璃介電性能的影響061
4.2.4CeO2對微晶玻璃擊穿強度的影響062
4.2.5CeO2對微晶玻璃電滯回線的影響063
4.2.6CeO2對微晶玻璃儲能密度的影響064
4.3添加BaF2微晶玻璃的制備和性能065
4.3.1BaF2對玻璃析晶動力學的影響065
4.3.2BaF2對微晶玻璃微觀結構的影響068
4.3.3BaF2對微晶玻璃介電性能的影響069
4.3.4BaF2對微晶玻璃擊穿強度的影響070
4.3.5BaF2對微晶玻璃電滯回線及儲能密度的影響071
4.4電極結構對微晶玻璃儲能密度的影響071
4.4.1電極結構的設計071
4.4.2電極/微晶玻璃界面顯微結構分析073
4.4.3電性能分析073
參考文獻074
第5章SrO-BaO-Nb2O5-B2O3微晶玻璃制備和性能
5.1引言076
5.2微晶玻璃的制備076
5.3熱處理溫度對微晶玻璃結構和性能的影響077
5.3.1玻璃的DTA分析077
5.3.2熱處理溫度對微晶玻璃相組成的影響078
5.3.3熱處理溫度對微晶玻璃微觀組織的影響078
5.3.4熱處理溫度對微晶玻璃介電性能的影響078
5.4Sr/Ba比對微晶玻璃結構和性能的影響080
5.4.1Sr/Ba比對微晶玻璃微觀結構的影響080
5.4.2Sr/Ba比對微晶玻璃介電性能的影響082
5.4.3Sr/Ba比對微晶玻璃擊穿強度的影響082
5.4.4Sr/Ba比對微晶玻璃鐵電性能的影響082
5.4.5Sr/Ba比對微晶玻璃儲能密度的影響084
5.5添加Gd2O3對微晶玻璃結構和性能的影響084
5.5.1添加Gd2O3微晶玻璃的制備084
5.5.2微晶玻璃的DTA分析085
5.5.3微晶玻璃的物相分析085
5.5.4微晶玻璃的SEM分析086
5.5.5介電性能分析087
5.5.6擊穿強度分析088
5.5.7鐵電性能分析089
參考文獻090
第6章(La2O3,Sm2O3)-SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-ZnO微晶玻璃的制備和性能
6.1引言092
6.2基礎玻璃的制備092
6.3微晶玻璃的結構和性能表征093
6.3.1熱處理溫度的確定093
6.3.2物相分析094
6.3.3稀土氧化物含量對微晶玻璃顯微組織的影響096
6.3.4稀土氧化物含量對微晶玻璃介電性能的影響098
6.3.5稀土氧化物對擊穿強度的影響098
6.3.6稀土氧化物微晶玻璃的阻抗譜分析099
6.3.7稀土氧化物含量對鐵電性能的影響101
6.3.8稀土氧化物含量對微晶玻璃儲能性能的影響103
參考文獻107
第7章SrO-BaO-Nb2O5-B2O3-P2O5微晶玻璃的制備和性能
7.1引言108
7.2微晶玻璃的制備108
7.3P2O5對微晶玻璃相組成及顯微結構的影響109
7.3.1P2O5對微晶玻璃相組成的影響109
7.3.2P2O5對微晶玻璃顯微結構的影響110
7.4P2O5對微晶玻璃電性能的影響111
7.4.1P2O5對微晶玻璃介電性能的影響111
7.4.2P2O5對微晶玻璃擊穿性能的影響111
7.4.3微晶玻璃的阻抗譜分析112
7.4.4P2O5對微晶玻璃鐵電性能的影響113
7.4.5P2O5對微晶玻璃儲能性能的影響114
參考文獻116
第8章單離子摻雜的BNT-BT陶瓷結構、鐵電和儲能性能
8.1引言117
8.2儲能陶瓷的制備118
8.3La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響120
8.3.1La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷相組成的影響120
8.3.2La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷顯微結構的影響121
8.3.3La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷鐵電性能的影響123
8.3.4La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷儲能性能的影響126
8.3.5La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷介電性能的影響128
8.3.6La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷阻抗性能的影響131
8.3.7La、Zr摻雜對BNT-BT陶瓷電導率的影響132
8.4Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響133
8.4.1Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷相組成的影響133
8.4.2Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷顯微結構的影響134
8.4.3Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷鐵電性能的影響136
8.4.4Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷儲能性能的影響139
8.4.5Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷介電性能的影響140
8.4.6Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷阻抗性能的影響142
8.4.7Sm、Hf摻雜對BNT-BT陶瓷電導率的影響142
8.5硝酸鹽摻雜對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響144
8.5.1硝酸鹽摻雜對BNT-BT陶瓷相結構、微觀結構的影響144
8.5.2硝酸鹽摻雜對BNT-BT陶瓷鐵電與儲能性能的影響147
8.5.3硝酸鹽摻雜對BNT-BT陶瓷電導率和阻抗的影響149
8.6Bi/Na比對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響152
8.6.1Bi/Na比對BNT-BT陶瓷相結構、微觀結構的影響153
8.6.2Bi/Na比對BNT-BT陶瓷鐵電與儲能性能的影響154
8.6.3Bi/Na比對BNT-BT陶瓷介電性能的影響155
參考文獻157
第9章復合離子摻雜的BNT-BKT陶瓷結構、鐵電和儲能性能
9.1引言159
9.2陶瓷的制備160
9.3(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響160
9.3.1(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷相組成的影響160
9.3.2(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響161
9.3.3(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷鐵電性能的影響162
9.3.4(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷儲能性能的影響163
9.3.5(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響164
9.3.6(Al0.5Nb0.5)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷阻抗性能的影響165
9.4(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響167
9.4.1(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷相組成的影響167
9.4.2(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響168
9.4.3(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷鐵電性能的影響169
9.4.4(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷儲能性能的影響169
9.4.5(Mg1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響171
9.5(Sr1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響173
9.5.1(Sr1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷相組成的影響173
9.5.2(Sr1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響175
9.5.3(Sr1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷鐵電和儲能性能的影響175
9.5.4(Sr1/3Nb2/3)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響179
9.6(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響181
9.6.1(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷相組成的影響181
9.6.2(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響182
9.6.3(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷鐵電性能的影響184
9.6.4(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷儲能性能的影響185
9.6.5(Fe1/4Sc1/4Nb1/2)4+復合離子對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響186
參考文獻187
第10章反鐵電組元調控BNT基陶瓷結構、鐵電和儲能性能
10.1引言189
10.2儲能陶瓷的制備190
10.3Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響190
10.3.1Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷相組成的影響190
10.3.2Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響192
10.3.3Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷鐵電性能的影響193
10.3.4Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷儲能性能的影響195
10.3.5Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷應變性能的影響195
10.3.6Cs2Nb4O11對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響197
10.4Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響199
10.4.1Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷相組成的影響199
10.4.2Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷顯微結構的影響199
10.4.3Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷鐵電性能的影響201
10.4.4Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷儲能性能的影響203
10.4.5Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷應變性能的影響203
10.4.6Cs2Nb4O11對BNT-BT陶瓷介電性能的影響204
10.5Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷結構和性能的影響205
10.5.1Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷相組成的影響205
10.5.2Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷顯微結構的影響206
10.5.3Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷鐵電性能的影響207
10.5.4Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷儲能性能的影響209
10.5.5Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷應變性能的影響210
10.5.6Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BT陶瓷介電性能的影響212
10.6Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷結構和性能的影響214
10.6.1Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷相組成的影響214
10.6.2Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷顯微結構的影響214
10.6.3Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷鐵電性能的影響215
10.6.4Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷儲能性能的影響217
10.6.5Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷應變性能的影響218
10.6.6Ca0.3Sr0.7TiO3對BNT-BKT陶瓷介電性能的影響220
參考文獻221
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