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时间:2019-12-20来源:cailiao科学与gong程学yuan

近ri,我校cailiao科学与gong程学yuan左如zhong教shou科研团队在固态介质储nengdianrongqiling域取得tu破性进展,相关成果以题为“Superior Energy-Storage Capacitors with Simultaneously Giant Energy Density and Efficiency Using Nanodomain Engineered BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3Lead-Free Bulk Ferroelectrics”fa表在国际ding级学术qi刊《先进neng源cailiao》(Adv. Energy Mater.)上(yingxiang因子24.884),这一研究成果为设ji下一代高性neng脉冲gong率储nengdianrongqi提供新de技术思路和理lun指导。该lun文第一作者为祁核bo士。

固态介质dianrongqi因其高gong率密度和超快充放dian速率而shou到人们de高度关注。然而其储neng密度往往jiao小,且往往易shou储neng效率襶ue叭任榷ㄐ詃e制yue。di储neng效率yi味着geng多dedianneng被zhuan化为热neng,从而rong易引起dianrongqi在fu役中shi效。因ci,设ji和开fa同时ju有高储neng密度、高效率和稳定de储neng介质cailiao就至关重要。

近年来,左如zhong教shou课题组一zhi围绕无铅铁dian、反铁diancailiaode多尺度结构设ji襶ue癲ian学性neng调控等fang面,特别是针对ling域内人们广泛关注de若干关键性基础问题和技术nan题,如储neng密度jiaodi、储neng密度和效率nan襶ue婀恕⒋eng性nengde热稳定性差、击chuanchang强不足,襶ue按eng介质cailiao在dianchang下结构演变规律等,开展了一系列蟙i承詃e研究gong作。在国际上率先使用ju有高zifa极化强度deBiFeO3cailiao作为基体,制bei出一系列高性neng无铅储neng陶瓷dianrongqi(J. Am. Ceram. Soc., 2015, 98, 2692-2695; J. Eur. Ceram. Soc., 2017, 37, 413-418;J. Eur. Ceram. Soc., 2019, 39, 2673-2679),创新性地结合了介dianchiyu特衴uan头刺鷇iancailiaode技术优势,设ji出ju有纳米畴结构dechiyu反铁dian陶瓷cailiao,实现了陶瓷体cailiao储neng密度de重要tu破,并结合透shedian子显微镜和原位同步辐she技术jie示了chiyu反铁dian体ju有优异储neng性nengde结构机理(Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 3971-3978)。

相对于反铁dian陶瓷而言,chiyu铁dian体rong易获得高de储neng效率。然而shou制于jiaodide介dian击chuan强度,目前文献报道dechiyu铁dian陶瓷de储neng密度值普遍jiaodi。该课题组近qi在前qida量gong作de基础上开展了针对性de研究,成gong设ji和合成了BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3sanyuan系无铅钙钛矿铁dian固溶体。一fang面因禁带宽度de增da、晶粒细化襶ue癲ian阻率de提高,体系de介dian击chuan强度显著提高;ling一fang面,伴随组成介dianchiyu程度de明显增强,dian畴结构逐jian由hong畴演变为纳米dian畴。利用压dian力显微镜和高穤hi嫱竤hedian子显微镜guan测到局域结构不均匀de纳米微区结构,形成了对dianchangji乎无滞后de极化xiang应和对温度不敏感de高介dianxiang应,为同时获得高储neng密度、高储neng效率和优异de温度稳定性提供了坚实de结构基础,并最终制bei出性neng优异de储nengdianrongqi,ju有超高de放dian储neng密度~8.12 J/cm3、高储neng效率~90%、优异de温度稳定性((±10%, -50~250oC)襶ue俺旆興ian速率(t0.9<100 ns)。

图1 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3chiyu铁dian陶瓷dePFM表zheng和和储neng性nengbijiao

 

 

 

图2 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3chiyu铁dian陶瓷de储neng特性

图3 BiFeO3-BaTiO3-NaNbO3chiyu铁dian陶瓷de高穤hi鎀EM


lun文kai德手机app:He Qi, Aiwen Xie, Ao Tian and Ruzhong Zuo*, Advanced Energy Materials, Doi:10.1002/aenm.201903338 (2019)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201903338

http://ceramics.hfut.edu.cn/2019/1121/c5063a224693/page.htm


(祁核/文 付健/图 杨玲/shen核)

ze任bian辑:朱峰

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