本發(fā)明涉及禁帶寬度可調的無鉛鐵電半導體陶瓷材料，具體是一種鈣鈦礦結構的帶隙可調到可見光區(qū)的高極性無鉛鐵電半導體陶瓷及其制備方法。
背景技術：
：人類社會在新世紀面臨的最大挑戰(zhàn)是能源問題和環(huán)境的污染問題，太陽能既是一次能源，又是可再生能源，是解決這些挑戰(zhàn)的最好途徑。太陽能電池利用pn結的p結產生光生電子，n結產生光生空穴，在內建電場作用下，形成光生電流。但受制于低的內建電場，其光電轉換效率低。利用鐵電材料的自發(fā)極化所形成的極化電場可有效地分離光激發(fā)下產生的電子—空穴對，鐵電材料可作為電流源，在光照條件下，鐵電半導體吸收可見光，產生光生載流子，在極化場的作用下分離，并向電池兩極運動，光照下產生的穩(wěn)定電流。但是，常見的鐵電材料如pzt、plzt、bnt、bt等均為寬帶隙半導體(eg>3ev)，只能吸收紫外線，且它們的導電性較低，產生的光生電流很小，光電轉換效率低。為此，必須突破制約鐵電材料光電轉換效率的瓶頸。為了提高鐵電材料的光電轉換效率，必須開發(fā)同時具有窄帶隙、高極性的鐵電半導體材料。技術實現要素：本發(fā)明的目的是正對現有技術的不足，而提供一種高極性無鉛鐵電半導體陶瓷及制備方法。這種陶瓷材料可有效吸收太陽光能量，同時保持高內建電場，能獲得光生電子和空穴分離及收集，具有優(yōu)良的鐵電性能pmax=15-32μc/cm2，窄帶隙eg=2.0-2.9ev，綠色環(huán)保。這種方法的優(yōu)點是制備工藝簡單、成本低。實現本發(fā)明目的的技術方案是：一種高極性無鉛鐵電半導體陶瓷，組成通式為：(1-x)bi0.5na0.5to3-xba0.9sr0.1bio3+0.05zno；其中x表示摩爾分數，0.01≤x≤0.5。上述高極性無鉛鐵電半導體陶瓷的制備方法，該方法是球磨混合時添加分散劑以及等靜壓與微波燒結結合，具體包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式(1-x)bi0.5na0.5to3-xba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%摩爾分數低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于860-910℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1010-1120℃微波燒結20分鐘，燒結后測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。這種方法通過zno的輔助燒結與能級收斂調控協(xié)同作用，球磨時添加分散劑，促進均勻化成分、組織與結構，結合ba0.9sr0.1bio3組成中b位bi的變價，在b位出現相同元素的不同價態(tài)bi3+/bi5+，出現特殊的同素異價b位離子有序態(tài)，產生電子跳躍導電機制，跳躍電子是局域束縛狀態(tài)，通過成分與工藝，調節(jié)束縛電子的變程跳躍區(qū)域，產生類似極化子的導電與極化雙重作用，同時保持鐵電高極性。這種方法制備所得產品具有優(yōu)良的鐵電性能pmax=15-32μc/cm2，窄帶隙eg=2.0-2.9ev，綠色環(huán)保。材料可有效吸收太陽光能量，同時保持高內建電場，能獲得光生電子和空穴分離及收集，具有優(yōu)良的鐵電性能pmax=15-32μc/cm2，窄帶隙eg=2.0-2.9ev，綠色環(huán)保。這種方法的優(yōu)點是制備工藝簡單、成本低。具體實施方式下面結合具體實施例對本
發(fā)明內容作進一步的闡述，但不是對本發(fā)明的限定。實施例1：制備成分為：0.95bi0.5na0.5to3-0.05ba0.9sr0.1bio3+0.05zno的高極性無鉛半導體鐵電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式0.95bi0.5na0.5to3-0.05ba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%（摩爾分數）低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于880℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1060℃微波燒結20分鐘，燒結后可測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。性能測量結果如表1所示。實施例2:制備成分為：0.9bi0.5na0.5to3-0.1ba0.9sr0.1bio3+0.05zno的高極性無鉛鐵電半導體陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式0.9bi0.5na0.5to3-0.1ba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%（摩爾分數）低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于900℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1090℃微波燒結20分鐘，燒結后可測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。性能測量結果如表1所示。實施例3：制備成分為：0.8bi0.5na0.5to3-0.2ba0.9sr0.1bio3+0.05zno的高極性無鉛半導體鐵電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式0.8bi0.5na0.5to3-0.2ba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%（摩爾分數）低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于910℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1100℃微波燒結20分鐘，燒結后可測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。性能測量結果如表1所示；實施例4：制備成分為：0.7bi0.5na0.5to3-0.3ba0.9sr0.1bio3+0.05zno的高極性無鉛半導體鐵電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式0.7bi0.5na0.5to3-0.3ba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%（摩爾分數）低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于910℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1120℃微波燒結20分鐘，燒結后可測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。性能測量結果如表1所示；實施例5：制備成分為：0.78bi0.5na0.5to3-0.22ba0.9sr0.1bio3+0.05zno的高極性無鉛半導體鐵電陶瓷。制備方法包括如下步驟：(1)以分析純baco3、srco3、bi2o3、na2co3、zno和tio2為原料，按照化學計量式0.78bi0.5na0.5to3-0.22ba0.9sr0.1bio3+0.05zno配料；以無水乙醇為介質，加入0.1%（摩爾分數）低分子糖分散劑，球磨12小時，干燥，再在高鋁坩堝中于910℃保溫2小時預合成主晶相；(2)預合成的主晶相以無水乙醇為介質，球磨12小時，干燥，加入5%的pva造粒，150mpa等靜壓成型；(3)在1120℃微波燒結20分鐘，燒結后可測量吸收光譜；(4)燒結的樣品加工成兩面光滑，直徑12.0mm，厚度0.5mm的薄片，兩面鍍銀電極即成，鍍銀電極可測量鐵電性能。性能測量結果如表1所示；表1(1-x)bi0.5na0.5to3-xba0.9sr0.1bio3+0.05zno陶瓷的帶隙eg與鐵電最大極性pmax成分x帶隙eg(ev)最大極性pmax(μc/cm2)最大極性電場e(kv/cm)實施例0.052.9326010.102.6305220.202.3205030.222.2185050.32.016494當前第1頁12