介电电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环性能好等优点，得到了广泛的关注和研究，但目前介电电容器的主要问题是能量密度低，限制了其在储能器件方面的应用。介电材料中的铁电陶瓷自发极化强度高，且弛豫铁电陶瓷具有窄滞后电滞回线，能量损耗低，对于提高其有效储能密度至关重要。在弛豫铁电材料体系中，钨青铜结构铁电体成分可调范围宽，具有优异的电光性能、介电常数高、介电损耗低，在传感器、探测器和介电储能器件方面有潜在的应用。
本论文主要系统研究不同种类的掺杂对钨青铜结构无铅铁电陶瓷铌酸锶钡微观形貌、弛豫相变、介电铁电性能、时效行为及储能性能的影响，重点从极化强度的角度研究了如何提升储能效率，进而提高其有效储能密度。研究结果对今后探索高储能效率的无铅铁电陶瓷储能器件具有重要意义。
（1）通过受主掺杂降低剩余极化强度。在铌酸锶钡Sr0.4Ba0.6Nb2O6（SBN40-xMn，x　=　0，1，2，4，6，8　mol%）陶瓷B位掺杂不同含量Mn，研究其相结构、显微形貌、元素分布、多频介电温谱、介电时效、铁电时效及时效机制。利用扫描电镜及元素面分布图观察验证了SBN40-xMn的四方钨青铜结构晶粒，利用介电温谱确定了该体系的铁电顺电相变温度，并发现在高温出现与氧空位移动有关的介电弛豫，验证了Mn掺杂产生了氧空位。利用LCR介电测试仪测试了不同温度下的介电时效特性，通过阿累尼乌斯公式进行了分析拟合，得到时效过程中氧空位移动的激活能和弛豫时间。研究结果发现钨青铜结构铌酸锶钡时效过程中氧空位移动的激活能和弛豫时间都远大于已有文献报道的钙钛矿结构铁电体的激活能和弛豫时间，并分析了激活能和弛豫时间与钨青铜结构的关系，分析认为在铌酸锶钡体系中获得大的激活能和长的弛豫时间是由于时效过程中氧空位移动的距离较长所导致，这主要与钨青铜结构铁电体复杂的晶体结构有关。另外通过测试SBN40-xMn陶瓷样品不同时效时间下的电滞回线发现SBN40-4Mn时效后获得了与钙钛矿结构铁电体相同的双电滞回线，剩余极化强度随时效时间的延长而降低。
（2）通过弛豫相变降低剩余极化强度。研究纯的铌酸锶钡陶瓷及掺杂4mol%　Mn的铌酸锶钡陶瓷体系的相结构、显微形貌、弛豫行为、铁电性能及储能性能。利用居里-外斯定律和Vogel-Fulcher定律对纯的SBN陶瓷样品的弛豫行为进行了表征，另外利用修正的居里-外斯定律表征了样品的弥散程度。研究结果发现随着Sr/Ba比例的增大SrxBa1-xNb2O6由正常铁电体逐渐向弛豫铁电体转变，弛豫程度增强，介温曲线表现出明显的频率色散现象，掺杂4　mol%　Mn的SBN陶瓷样品介温曲线没有明显的频率色散现象，但是弥散指数同样接近于2。根据电滞回线计算得到储能性能，其结果发现铁电陶瓷的有效储能密度与最大极化值Pmax和剩余极化值Pr的差值有关，而储能效率与剩余极化值Pr密切相关，Pr越小，能量损耗越小，储能效率越高。另外发现随着Sr/Ba比例的增大电滞回线逐渐变得细窄，掺杂4　mol%　Mn的SBN样品电滞回线相比纯SBN样品更加细窄，表现出弥散相变的特征，并且掺杂4　mol%　Mn的SBN样品相对于纯的SBN样品的储能密度和效率均有明显的提升，储能效率高达88.9%。
（3）通过施主掺杂降低剩余极化强度。研究稀土元素掺杂的铌酸锶钡Sr0.4Ba0.6Nb2O6和Sr0.6Ba0.4Nb2O6的显微形貌、相结构、介电性能、弛豫性能和储能性能。首先，通过改变固相烧结法的烧结条件，研究烧结条件对Sr0.4-2x/3CexBa0.6Nb2O6显微形貌及介电性能的影响，发现对于钨青铜结构通过延长保温时间和提高烧结温度均可以获得柱状晶。其次，利用居里-外斯定律对Sr0.4-2x/3CexBa0.6Nb2O6（SBN40-xCe）和Sr0.4-2x/3LaxBa0.6Nb2O6（SBN40-xLa）的弛豫行为进行了拟合分析，对比发现当Ce和La的掺杂量较少时（x　=　1，2　mol%）两种体系的弛豫程度较低，但当掺杂量增大至4　mol%时，SBN40-xLa的弛豫程度增强，频率色散更加明显，居里温度降低的幅度更大。利用铁电电滞回线极化轴与电场轴之间的面积积分获得SBN40-xCe和SBN40-xLa的充放电储能密度和储能效率，研究结果发现SBN40-xCe和SBN40-xLa的放电储能密度（即有效储能密度）和储能效率均随着掺杂量的增大而增大，这与Ce和La的掺杂引发弛豫相变有关，并且弛豫铁电体的铁电顺电相变发生在一个温度区间，这有利于提升铁电储能器件的温度稳定性。最后，研究放电等离子烧结法和固相反应法对La掺杂的Sr0.6Ba0.4Nb2O6储能性能的影响。研究结果表明放电等离子烧结法有利于提高样品致密度，进而提高样品的击穿场强，提高储能密度。
（4）共掺降低剩余极化强度，提高储能效率。研究固相反应烧结法制备的Sr0.4-2x/3CexBa0.6(Nb0.96Mn0.04)2O6（SBN40-4Mn-xCe，x　=　1，2，3，4　mol%）的显微形貌、相结构、介电性能、变温交流阻抗谱、铁电性能及储能性能。通过与单独掺Ce的样品对比发现掺Mn有助于降低烧结温度。利用介电温谱测试发现Ce-Mn共掺的样品没有明显的频率色散行为，但其介电损耗结果显示了低温介电弛豫现象，分析认为这是由氧空位引起的。根据变温交流阻抗谱的测试结果发现Ce-Mn共掺样品的阻抗表现出负温度系数特性，在测试频率范围内只有一个主导响应，表现出偏离德拜弛豫行为。另外测试了Sr0.4-2x/3CexBa0.6(Nb0.96Mn0.04)2O6的电滞回线并计算了其储能性能，结果显示A-B位Ce-Mn共掺的SBN40样品保持了单掺4mol%　Mn样品双电滞回线的特性，剩余极化值Pr接近于0，同时表现出弛豫铁电体的特征，电滞回线细而窄，进一步减小能量损耗。通过对比SBN40-4Mn-xCe与SBN40-4Mn和SBN40-xCe样品的储能密度和效率发现A-B位Ce-Mn共同掺杂样品的有效储能密度和效率均有明显提升，储能效率达到90%。分析认为这是由于弛豫铁电体和受主掺杂铁电体的时效效应的双重贡献决定的，说明施主受主共同掺杂是提高铁电体储能性能的有效途径。
本工作中获得的掺杂铌酸锶钡陶瓷样品与其他钙钛矿结构铁电陶瓷体系相比可以在小电场下获得适中的Pmax-Pr值，可以实现高储能效率（＞90%），具有潜在的实际应用价值。