Sn4+、Nb5+共掺BNT-SBT陶瓷的储能特性及其稳定性

针对下一代脉冲功率电容器，BNT基陶瓷因高储能密度和环境友好性成为理想介质，但其温频稳定性不足制约应用。采用固相法制备0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Sr0.7Bi0.2)TiO3-x%SnNb2O7陶瓷，研究Sn4+/Nb5+共掺对结构与电性能的影响。结果表明，适量掺杂（x<0.6）使晶胞收缩，过量则析出Bi2Ti2O7杂相；异价离子引入局域随机场，形成弱耦合极性纳米微区，增强弛豫特性（1.89<γ<2.07）。当x=0.4时，材料在30–300 ℃介电稳定性优异（△εr/εr(150℃)变化-15%至+5%），储能密度达0.8048 J/cm³，效率为81.06%。在30–180 ℃和1–50 Hz范围内，储能性能波动小（W1变化<15%，η波动<6.9%），归因于PNRs的动态响应与无显著相变。该工作实现了A/B位协同调控，平衡了弛豫性与储能稳定性，为宽温频适应性无铅电容器材料设计提供新思路。

面向下一代脉冲功率电容器,BNT基陶瓷凭借高储能密度和环保性成为理想电介质,但其在极端工况下的温频稳定性不足限制了其应用.采用固相法制备 0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Sr0.7Bi0.2)TiO3-x％SnNb2O7(BNT-SBT-x％SN,其中x=0.2～1.2)陶瓷,研究Sn4+/Nb5+共掺对结构、介电、铁电和应变性能的影响,探究其储能特性及其稳定性.结果表明,所有样品为钙钛矿结构,适量掺杂(x＜0.6)时Sn4+/Nb5+进入晶格引起晶胞收缩,过量掺杂则析出Bi2Ti2O7杂相.异价离子共同占位形成的局域随机场破坏铁电长程有序,形成弱耦合极性纳米微区(PNRs),诱发强弛豫(1.89＜γ＜2.07).优化组分为x=0.4时,材料在30～300 ℃展现优异的介电稳定性(-15％＜△εr/εr(150℃)＜+5％),同时获得最高储能密度W1=0.8048 J/cm3(△P=26.23 μC/cm2)和效率η=81.06％.稳定性测试表明,该组分在30～180 ℃温域内W1变化＜15％,η波动＜4％;在1～50 Hz频域内W1变化＜5％,η波动＜6.9％,这源于PNRs在外场扰动下保持动态极化响应,且无显著相变发生.综合来看,通过Sn4+/Nb5+共掺实现A/B位协同调控,实现弛豫特性与储能稳定性的平衡,为无铅脉冲功率电容器设计提供了具有宽温频域适应性的候选材料体系.