ระบบสารสนเทศงานวิจัย สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่

การศึกษาและพัฒนาสมบัติการกักเก็บพลังงานของเซรามิก BNT-ST-5AN ที่มีประสิทธิภาพสูง ด้วยวิธีการเผาไหม้ของแข็ง

รองศาสตราจารย์ ดร.จิตรกร กรพรม

คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

คำสำคัญ :

BNT–ST-AN วิธีการเผาไหม โครงสร้างเฟส การกักเก็บพลังสูง รีแลกเซอร์เฟอร์โรอิเล็กทริก combustion technique phase formation high energy storage relaxor ferroelectric

เลขทะเบียน :

1629-65-SCI-CMRU

บทคัดย่อ

การพัฒนาเซรามิกเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบรีแลกซ์เซอร์สำหรับตัวเก็บประจุเก็บพลังงานกำลังสูงที่มีความหนาแน่นในการจัดเก็บพลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ดีเยี่ยม (Wrec) และมีประสิทธิภาพ ที่โดดเด่น (h) กลายเป็นที่สนใจในการทำวิจัยอย่างมากสำหรับใช้ในอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ในที่นี้มุ่งศึกษาประสิทธิภาพของเซรามิกที่เก็บพลังงานสูงปราศจากสารตะกั่ว 0.722(Bi0.5Na0.5TiO3) -0.228(SrTiO3)-0.05(AgNbO3) (BNT-ST-AN) ที่เตรียมโดยเทคนิคการเผาไหม้ของแข็ง โดยใช้ไกลซีนเป็นเชื้อเพลิง โดยตัวอย่างผงผลึกและเซรามิกแคลไซน์ (ระหว่าง 600 ถึง 900 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2-8 ชั่วโมง) และซินเตอร์ (ระหว่าง 1075 ถึง 1175 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง) โดยตัวอย่างทั้งหมดได้รับการตรวจสอบการก่อตัวของเฟส ลักษณะโครงสร้างจุลภาค สมบัติไดอิเล็กทริก สมบัติเฟอร์โรอิเล็กทริก และสมบัติการกักเก็บพลังงาน โครงสร้างผลึกแบบเฟสเดียวของเพอรอสไกต์ของ ผงผลึก BNT-ST-AN ได้มาจากผงที่แคลไซน์ที่อุณหภูมิ 750 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 4 ชั่วโมง เซรามิกส์ BNT-ST-AN ที่ซินเตอร์แสดงโครงสร้างเพอรอฟสไกต์และแสดงการอยู่ร่วมกันของเฟสรอมโปฮีดรอล (R) ลูกบาศก์ (C) และและออร์โธรอมบิก (O)เปอร์เซ็นต์ของเฟส R เพิ่มขึ้นในขณะที่เปอร์เซ็นต์ของเฟส C ลดลงเมื่ออุณหภูมิการซินเตอร์เพิ่มขึ้นจาก 1075 เป็น 1125 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง และหลังจากนั้นมีแนวโน้มตรงกันข้าม โดยขนาดเกรนเฉลี่ยเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิการเผาผนึกที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างจุลภาคที่ดี ความหนาแน่นสูงสุด (5.42 g/cm3) ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงสุด (er ~1871 และ em ~3396) และคุณสมบัติด้านพลังงานที่ดีเยี่ยม (Wtotal ~3.07 J/cm3, Wrec ~2.25 J/cm3 และ ~75.88%) ที่มีเฟสอยู่ร่วมกันของ R (64%), C (24%) และO (24%) ได้มาจากตัวอย่างที่เผาซินเตอร์ที่อุณหภูมิ 1125 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง

Abstract

Developing relaxor ferroelectric ceramics for high-power energy storage capacitors with an excellent recoverable energy storage density (Wrec), outstanding efficiency (h) and thermal stability have become an urgent task for use in energy storage devices. Herein, we studied the performance of high energy storage lead free 0.722(Bi0.5Na0.5TiO3)-0.228(SrTiO3)-0.05(AgNbO3) (BNT-ST-AN) ceramics prepared by the solid-state combustion technique, using glycine as fuel. The samples were calcined (between 600 and 900oC for 2-8 h) and sintered (between 1075 and 1175oC for 2 h). All samples were investigated for their phase formation, microstructure, dielectric, ferroelectric, and energy storage characteristics. A single perovskite phase of BNT-ST-AN was obtained from the powder calcined at 750oC for 4 h. The sintered BNT-ST-AN ceramics presented a single perovskite structure with coexisting rhombohedral (R) and cubic (C) phases in all samples. The percentage of the R phase increased while the percentage of the C phase decreased when the sintering temperature increased from 1075 to 1125oC and then showed an opposite trend. The average grain size increased with increasing sintering temperature. A good microstructure, the highest density (5.42 g/cm3), the highest dielectric constant (er ~1871 and em ~3396), and excellent energy properties (Wtotal ~3.07 J/cm3, Wrec ~2.25 J/cm3 and h ~75.88%) with coexisting phases of R (64%), C (24%) and O (24%) were achieved from the sample sintered at 1125oC for 2 h.

ไฟล์งานวิจัย

เล่ม จิตรกร.pdf

ข้อมูลการตีพิมพ์

ชื่อบทความ :

แหล่งที่ตีพิมพ์ :Phys. Status Solidi A 2022, 2200240

ปีที่ตีพิมพ์ :2565

4 18 ส.ค. 2565