CN104909744A - 一种介电材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种介电材料，通式为Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3，其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；本发明通过在钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2TiO3)基的铁电材料中，同时掺杂镁和铋，使得得到的介电材料的介电损耗大大的降低，而且提高了材料的储能密度和放电效率，且储能密度和放电效率在较宽的范围保持稳定，适合在较宽的温度范围尤其是在高温下作为储能材料使用。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，主要涉及一种介电材料及其制备方法。
背景技术
电容器作为能量存储器件在功率调整电路和脉冲功率电路中有着重要的应用，而利用介电材料作为能量存储介质的电容器由于具有高放电速度和功率密度在电容器领域具有独特的优势，而且，用于制备此种应用电容器的介电材料除了要求放电速度外，还需要具有高的能量密度(即单位体积或重量的介电材料中存储的能量)和充放电效率，进而可以减小电路或***的体积，降低重量以及减少电容器在使用过程能量损耗；此外，电容器在应用于如混合动力、电动汽车和航空的一些电路时，电容器一般在比较高的温度(比如100-200℃)下使用，因此，还需要介电材料在比较高的温度下仍然保持比较好的介电和能量存储性能。
目前，以高分子聚合物作为介电材料的薄膜电容器由于具有比较高的能量密度、高功率密度以及低介电损耗等优点而被比较广泛地使用，但是，高分子聚合物作为介电材料的一个缺点在于其介电、绝缘性和能量存储等性能在比较高的温度下会产生恶化，因而，对于电容器的高温应用，无机介电材料在性能的稳定性方面具有一定的优势。
在无机介电材料中，铁电材料可以产生比普通介电材料高的极化响应，有利于提高材料的能量密度。然而，由于铁电材料处于铁电相时自发极化在电场的作用下转向后，将会保持定向后的状态，这样使得存储在材料中的能量无法释放出来，减少了可使用的能量，降低放电效率；而且，铁电材料虽然具有比普通介电材料更高的介电性能，但介电性能对于温度有很大的依赖性，尤其在居里温度附近材料的介电性能出现急剧变化，这对于一些需要具有比较稳定的介电性能的高温应用是不利的。
钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2TiO3)基的铁电材料由于具有很强的铁电性，这类铁电材料室温下为铁电相，介电峰值温度在300℃左右，然而，与很多铁电材料不同，在远低于介电峰值温度，这类材料由铁电相转变为非极性相；在相转变温度和介电峰值温度之间，其介电性能随温度的变化比较平缓，因而，其被作为铅基压电材料的一种比较有前途的无铅替代物，一直以来得以比较广泛的研究，如目前有报道由Na1/2Bi1/2TiO3和四方相BaTiO3形成的(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3固溶体，其准同型相界在x＝0.06的组分附近；靠近准同型相界附近的组分，除了介电性能有比较大的提高，其相变温度相对于纯的Na1/2Bi1/2TiO3有很大的降低，比如0.92Na1/2Bi1/2TiO3-0.08BaTiO3的相变温度在约140℃左右，远低于Na1/2Bi1/2TiO3的相变温度(～200℃)，但介电峰值温度仍保持约300℃左右，这样使得固溶体的介电性能在更宽的温度范围里保持稳定，但是，该介电材料的介电损耗还是比较大，且储能密度和放电效率也比较低。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种介电材料及其制备方法，本发明提供的介电材料介电损耗较小，且具有高的储能密度和放电效率。
本发明提供了一种介电材料，具有式(I)所示通式，
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
优选的，所述y为0.01≤y≤0.80。
优选的，所述y为0.04≤y≤0.60。
优选的，所述x为0.01≤x≤0.99。
优选的，所述x为0.02≤x≤0.20。
优选的，所述z为0.01≤z≤0.80。
优选的，所述M为Ba和Ca中的一种或两种。
本发明还提供了一种介电材料的制备方法，包括：
将铋源、钠源、钛源、镁源、M源和醇介质混合得到的混合物反应得到式(I)所示的介电材料；
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
优选的，所述醇介质为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或几种。
优选的，所述反应的温度为800℃～900℃。
与现有技术相比，本发明提供了一种介电材料，通式为Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3，其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；本发明通过在钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2TiO3)基的铁电材料中，同时掺杂镁和铋，使得得到的介电材料的介电损耗大大的降低，而且提高了材料的储能密度和放电效率，且储能密度和放电效率在较宽的范围保持稳定，适合在较宽的温度范围尤其是在高温下作为储能材料使用；实验结果表明，本发明提供的介电材料在90和150℃下，施加8MV/m的电场，其放电能量密度可达1.1J/cm3，而且材料具有很高的放电效率(超过90％)。即使在180℃，材料仍然保持着比较高的能量密度(约1J/cm3)和放电效率(超过85％)，适合作为高温下使用的能量存储介电材料。
附图说明
图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图；
图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；
图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线；
图4为典型的单极电滞回线；
图5为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度；
图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电效率；
图7为本发明对比例1的介电材料在不同频率下介电性能随温度变化的图；
图8为本发明对比例2的介电材料在不同频率下介电性能随温度变化的图。
具体实施方式
本发明提供了一种介电材料，具有式(I)所示通式，
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
其中，所述y优选为0.01≤y≤0.80，更优选为0.04≤y≤0.60，最优选为0.06≤y≤0.40，最优选为0.08≤y≤0.20，最优选为0.10≤y≤0.14，最优选为0.10≤y≤0.12；所述z优选为0.01≤z≤0.80，更优选为0.04≤z≤0.60，最优选为0.06≤z≤0.40，最优选为0.08≤z≤0.20，最优选为0.10≤z≤0.14，最优选为0.10≤z≤0.12；所述x优选为0.01≤x≤0.99，更优选为0.02≤x≤0.70，最优选为0.03≤x≤0.50，最优选为0.04≤x≤0.30，最优选为0.05≤x≤0.10，最优选为0.06≤x≤0.08；所述M优选为Ba和Ca中的一种或两种。
本发明还提供了一种介电材料的制备方法，包括：
将铋源、钠源、钛源、镁源、M源和醇混合得到的混合物反应得到式(I)所示的介电材料；
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
具体的，本发明将铋源、钠源、钛源、镁源、M源和醇混合得到的混合物反应得到式(I)所示的介电材料；
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，所述y优选为0.01≤y≤0.80，更优选为0.04≤y≤0.60，最优选为0.06≤y≤0.40，最优选为0.08≤y≤0.20，最优选为0.10≤y≤0.14，最优选为0.10≤y≤0.12，最优选为0.10≤y≤0.12；所述z优选为0.01≤z≤0.80，更优选为0.04≤z≤0.60，最优选为0.06≤z≤0.40，最优选为0.08≤z≤0.20，最优选为0.10≤z≤0.14，最优选为0.10≤z≤0.12；所述x优选为0.01≤x≤0.99，更优选为0.02≤x≤0.70，最优选为0.03≤x≤0.50，最优选为0.04≤x≤0.30，最优选为0.05≤x≤0.20，最优选为0.06≤x≤0.08；所述M优选为Ba和Ca中的一种或两种。
所述铋源优选为氧化铋或碳酸铋；所述钠源优选为碳酸钠或碳酸氢钠；所述钛源优选为氧化钛，所述镁源优选为氧化镁或碳酸镁，所述M源优选为M的氧化物或碳酸盐；所述醇优选为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或几种。
所述混合物反应的温度优选为800～900℃，更优选为830～880℃，最优选为850℃；所述反应的时间优选为1～3小时，更优选为2～2.5小时。
且为了使混合物充分混合，本发明所述制备方法优选在反应前将混合物先球磨，干燥，然后于高温下反应，得到介电材料；其中，本发明对球磨的仪器没有特殊限定，本领域公知的球磨仪器即可，所述球磨的时间优选为6～8小时。
本发明提供了一种介电材料，通式为Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3，其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；本发明通过对钛酸铋钠(Na1/2Bi1/2TiO3)基的铁电材料在B位掺杂Mg并同时在A位掺杂一定量的Bi，使得得到的介电材料的具有以下优点：(1)改性后材料的铁电相与非极性相之间的相变温度向低温移动，且介电峰值温度向高温移动，同时材料在相变温度与介电峰值间的介电性能变化更为平缓，使得材料在更宽的温度范围内的介电性能保持稳定，扩展了材料的应用温度范围；(2)改性后材料的介电损耗有比较大的降低；(3)由于相变温度向室温移动，使得改性后材料在室温下在电场下的介电极化响应的滞后性大大降低，其高电场下的介电性能类似处于顺电相的铁电材料或弛豫铁电体，提高了材料的储能密度和放电效率；(4)由于改性后的材料的介电性能在比较宽的温度范围内保持稳定，其能量密度和放电效率也在比较宽的温度范围保持稳定，材料适合在比较宽的温度范围和比较高的温度下(比如180℃)作为能量存储材料使用。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将Bi2O3，Na2CO3，BaCO3，TiO2，MgO作为原料按式(I)所需化学计量比例称量，和乙醇混合球磨6-8小时后烘干，在850℃保温2小时得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.04，z为0.04。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为4的X射线衍射图为实施例1所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；
利用Sawyer-Tower电路测量待测样的电滞回线，结果参见图3，图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线；
并利用测量得到的电滞回线计算材料的放电能量密度和放电效率，其具体计算方法参见图4，图4为典型的单极电滞回线，图中阴影部分1的面积为材料的放电能量密度，而图中的曲线与y轴所包含部分2的面积为充电放电过程中所损耗的能量密度，根据放电能量密度和损耗的能量密度，可进一步计算出材料的放电效率。
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电密度见图5，图5为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度；
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电效率见图6，图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电效率。
实施例2
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.02，z为0.02。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为3的X射线衍射图为实施例2所述的介电材料的X射线衍射图。
实施例3
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.06，z为0.06。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为5的X射线衍射图为实施例3所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；
利用Sawyer-Tower电路测量待测样的电滞回线，结果参见图3，图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线；
并利用测量得到的电滞回线计算材料的放电能量密度和放电效率，其具体计算方法参见图4，图4为典型的单极电滞回线，图中阴影部分1的面积为材料的放电能量密度，而图中的曲线与y轴所包含部分2的面积为充电放电过程中所损耗的能量密度，根据放电能量密度和损耗的能量密度，可进一步计算出材料的放电效率。
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电密度见图5，图5为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度；
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电效率见图6，图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电效率。
实施例4
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.10，z为0.10。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为6的X射线衍射图为实施例4所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；
利用Sawyer-Tower电路测量待测样的电滞回线，结果参见图3，图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线；
并利用测量得到的电滞回线计算材料的放电能量密度和放电效率，其具体计算方法参见图4，图4为典型的单极电滞回线，图中阴影部分1的面积为材料的放电能量密度，而图中的曲线与y轴所包含部分2的面积为充电放电过程中所损耗的能量密度，根据放电能量密度和损耗的能量密度，可进一步计算出材料的放电效率。
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电密度见图5，图5为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度；
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电效率见图6，图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电效率。
实施例5
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.12，z为0.12。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为7的X射线衍射图为实施例5所述的介电材料的X射线衍射图。
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
实施例6
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.14，z为0.14。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为8的X射线衍射图为实施例6所述的介电材料的X射线衍射图。
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
实施例7
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.20，z为0.20
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为9的X射线衍射图为实施例7所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
实施例8
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.40，z为0.40。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为10的X射线衍射图为实施例8所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
实施例9
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.60，z为0.60。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为11的X射线衍射图为实施例9所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
实施例10
按照实施例1所述的制备方法制备得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.80，z为0.80。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为12的X射线衍射图为实施例10所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图。
对比例1
将Bi2O3，Na2CO3，BaCO3，TiO2按化学计量比例称量后和乙醇混合球磨6-8小时后烘干，在850℃保温2小时得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0，z为0。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为1的X射线衍射图为对比例1所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2和图7，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；图7为本发明对比例1的介电材料在不同频率下介电性能随温度变化的图；
利用Sawyer-Tower电路测量待测样的电滞回线，结果参见图3，图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线；
并利用测量得到的电滞回线计算材料的放电能量密度和放电效率，其具体计算方法参见图4，图4为典型的单极电滞回线，图中阴影部分1的面积为材料的放电能量密度，而图中的曲线与y轴所包含部分2的面积为充电放电过程中所损耗的能量密度，根据放电能量密度和损耗的能量密度，可进一步计算出材料的放电效率。
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电密度见图5，图5为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度；
所述的待测样在施加电场为8MV/m时的放电效率见图6，图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电效率。
对比例2
将Bi2O3，Na2CO3，BaCO3，TiO2，MgO按化学计量比例称量后和乙醇混合球磨6-8小时后烘干，在850℃保温2小时得到式(I)所示的介电材料，其中，x为0.08，y为0.01，z为0。
对得到的介电材料进行组成测定，结果见图1，图1为本发明实施例以及对比例制备的介电材料的X射线衍射图，其中，图1中，标记为2的X射线衍射图为对比例2所述的介电材料的X射线衍射图。
将得到的介电材料球磨，加入适当的粘结剂PVA(聚乙烯醇)，压成直径为12.7mm圆片，在高温下热处理除去粘结剂后，放入电炉中在1000-1200℃的温度下保温1小时烧结，将烧结的陶瓷圆片的两个表面烧渗银电极，得到待测样；
利用由安捷伦E4980和电炉组成的***测量待测样的介电性能随温度的变化，结果参见图2和图8，图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图；图8为本发明对比例2的介电材料在不同频率下介电性能随温度变化的图。
总结：
图7为对比例1提供的未经改性的0.92Na1/2Bi1/2TiO3-0.08BaTiO3介电材料在不同频率下的介电性能随温度的变化曲线，由图7可知，材料的介电峰值温度约为300℃；约140℃附近的介电突变对应于铁电相和非极性相间的相变。从图上可以看到，在相变温度和介电峰值温度间，材料的介电性能随温度变化相对于其它温度范围较小。
图8为对比例2提供0.92Na1/2Bi1/2TiO3-0.08BaTiO3中掺杂0.5mol％的镁的介电材料在不同频率下介电性能随温度的变化曲线；从图上可以看到，掺杂后的材料的介电峰值温度向低温移动至约200-250℃。虽然掺杂后材料在高频下(比如1MHz)的介电损耗相对于未掺杂的材料有所降低，但其在低频率(比如100Hz)下的介电损耗有很大的升高，可能是由于镁掺杂后形成的氧空位造成的，高介电损耗对材料的介电应用是不利的。
图2为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的介电性能随温度变化的图，从图2可以看出，不同镁和铋的添加量的材料在100Hz下的介电性能随温度的变化如下，随着镁和铋的添加量的增加，材料的介电损耗降低(在300℃以下)，相变温度向低温移动，同时介电峰值温度向高温移动，扩大了相变温度和介电峰值温度间的温度范围，而且材料从室温到近300℃的温度范围内介电性能变化比较平缓，可见，在B位阳离子掺杂镁的同时在A位添加一定量的铋以补偿镁的低价态，减少氧空位的形成，可以使得材料在低频下的高介电损耗得到极大的改善；而且同时掺杂了镁和铋的材料由于具有以上特征，所以，比较适合作为从室温到比较高的温度下使用的介电材料。
图3为本发明实施例以及对比例提供的介电材料的电滞回线，从图3可以看出，添加镁和铋后，材料在电场下的极化响应的滞后性有很大的降低，随着镁和铋的量的增加，电滞回线由方形变成比较“瘦”细的曲线，由于电滞回线所包围的面积等于介电材料在使用过程的能量损耗，因而随着添加物的增加，材料的能量损耗降低。
在脉冲功率应用中，介电材料作为能量存储材料的能量密度可以从测量材料的单极电滞回线获得，即施加在介电材料上的电场从零线性地增加到最大值，然后线性地降低至零，测量材料在电场下的极化响应；图5和图6为本发明实施例以及对比例提供的介电材料在不同温度下的放电能量密度和放电效率，从图5和图6可以看出，随着镁和铋添加量的增加，材料的能量密度和放电效率也有很大的提高，而且这些性能随温度的变化趋缓，例如：对于Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Bax(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3(x＝0.08,y＝0.10,z＝0.10)陶瓷，在90和150℃下，施加8MV/m的电场，其放电能量密度可达1.1J/cm3，而且材料具有很高的放电效率(超过90％)。即使在180℃，材料仍然保持着比较高的能量密度(约1J/cm3)和放电效率(超过85％)，适合在作为高温下的能量存储介电材料。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种介电材料，具有式(I)所示通式，
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述y为0.01≤y≤0.80。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述y为0.04≤y≤0.60。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述x为0.01≤x≤0.99。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述x为0.02≤x≤0.20。
6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述z为0.01≤z≤0.80。
7.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述M为Ba和Ca中的一种或两种。
8.一种介电材料的制备方法，包括：
将铋源、钠源、钛源、镁源、M源和醇介质混合得到的混合物反应得到式(I)所示的介电材料；
Biz(Bi1/2Na1/2)(1-x)(1-y)Mx(1-y)Ti1-y/2Mgy/2O3 式(I)；
其中，0≤x≤1，0＜y≤1，0＜z≤1，z≥y；
M为Ba、Ca和Sr中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述醇介质为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为800℃～900℃。
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