Nd3+掺杂PZT薄膜的储能性能研究

摘要

高储能密度的介电电容器可以很好地用于电子束,高功率微波,定向能武器,电磁装甲等脉冲功率系统。高的储能密度、低的损耗以及良好的温度稳定性是储能电容器的未来发展方向。采用sol-gel法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si衬底上制备出不同Nd^(3+)掺杂含量的富锆Pb1-3x/2NdxZr0.948Ti0.052O3(PNZT,x=0.02,0.04,0.06,0.08)薄膜。研究了不同Nd^(3+)掺杂含量PNZT薄膜微观结构、铁电性能及储能性能的影响。结果表明:所制得的薄膜均为钙钛矿纯相,且晶粒细小均匀。Nd^(3+)掺杂的PNZT薄膜拥有较高的击穿场强EBDS≈3 600 k V/cm,优异的(Pmax-Pr)值和良好的温度稳定性。随着Nd^(3+)掺杂含量的增加,储能密度和效率均呈现出先增加后减少的规律。当x=0.04时,储能密度W=20.66 J/cm3,储能效率η高达89.2%;当x=0.06时,PNZT薄膜具有最佳的温度稳定性;当x=0.08时,PNZT薄膜由驰豫铁电体向正常铁电体转变。