陶瓷

实验编号：U19S11400

关键词：储能材料，制备，表征

所属类别：化学类

实验标签：材料科学基础（功能无机材料）

储能材料的制备与表征综合虚拟仿真实验

（一）内容介绍

本虚拟仿真实验分为4个模块，模块1，纳米BaTiO₃粉体材料的制备和表征；模块2，BaTiO₃@La₂O₃粉体材料的制备和表征；模块3，BaTiO₃@La₂O₃@SiO₂粉体材料的制备和表征；模块4，BaTiO₃@La₂O₃@SiO₂陶瓷材料的制备、表征和性能测试。

模块1，纳米BaTiO₃粉体材料的制备和表征

模块2，BaTiO₃@La₂O₃粉体材料的制备和表征

模块3，BaTiO₃@La₂O₃@SiO₂粉体材料的制备和表征

模块4，BaTiO₃@La₂O₃@SiO₂陶瓷材料的制备、表征和性能测试

（二）实验的特色和亮点

随着多层陶瓷电容器（MLCCs）的小型化和薄层化的飞速发展，致使平行板电容器已经被MLCCs所取代。MLCCs本质上是由多个平行板陶瓷电容器并联组成的相对面积较大的电容器，其主要由陶瓷介质、金属内电极和外电极组成。用于MLCCs的介质材料的基体材料主要是BaTiO₃系材料。

要实现MLCCs应用于高储能，满足高可靠性，就须提高其储能密度。因此，材料的介电常数和耐压强度是亟待提高的。主晶相BaTiO₃自身具有较高的介电常数。添加助烧剂主要是为了降低烧结温度，增大陶瓷致密性，提高其耐压强度。在陶瓷材料的制备中，虽然助烧剂的用量一般较少，但其对陶瓷的储能性质有很大的影响。常见陶瓷介质材料的制备方法主要包括传统固相法和湿化学包覆法。

湿化学包覆法相比于固相法具有很多优势，可以对粉体颗粒表面进行改性并形成“芯-壳”结构，使得陶瓷晶粒保持细小和均匀的结构。而稀土元素的添加可以增大介电常数并使居里峰展宽。BaTiO₃@La₂O₃细晶陶瓷具有很好的介电温度稳定性，但尚未进一步研究其储能性质。单一SiO₂添加剂可以作为阻挡层保持铁电“芯”部材料的性质；另一方面SiO₂可以与其他物质形成低熔点物质从而降低陶瓷的烧结温度。

本虚拟实验可实现如下实验目的：

（1）通过软件模拟沉淀法和溶胶-凝胶法，让学生掌握BaTiO3纳米材料、以及依次包覆La₂O₃和SiO₂的“芯-壳”结构BaTiO₃@La₂O₃@SiO₂复合材料和陶瓷材料的复杂制备过程及影响因素。

（2）通过软件仿真材料的表征及电性能测试结果，让学生掌握纳米材料、复合材料和陶瓷材料的组成、相结构和微观形貌的表征，以及介电性能、储能性质测试过程及结果。

（3）通过大数据虚拟，让学生熟悉反应配比和制备条件等因素对纳米材料、复合材料和陶瓷材料的相组成、微观结构和微观形貌，以及介电性能、储能性质的影响规律。

  （4）通过线上虚拟仿真实验和线下的真实实验，让学生深入了解化学、材料以及与器件应用的关系。