KNN基弛豫铁电陶瓷中储能与透明性的协同效应：无铅透明电子器件的新突破

本文报道了一种新型无铅弛豫铁电陶瓷(1-x)(KNN-KBZN)-xCTT的协同工程策略，通过固相法合成实现了储能性能与光学透明的双重突破。该材料在x=0.08组分时获得290 kV/cm的击穿场强(Eb)，储能密度(Wrec)达2.34 J/cm3、效率(η)74%，同时在1800 nm波长透光率达67%，为透明脉冲功率系统提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究在(K_0.5Na_0.5)NbO₃(KNN)基弛豫铁电陶瓷中实现了储能与透明性的协同调控。通过引入第三组元Ca(Ti_0.8Ta_0.16)O₃(CTT)，构建了(1-x)(KNN-KBZN)-xCTT固溶体系统，其独特的纳米晶界工程使材料兼具"高储能"和"高透光"特性——就像为电子器件装上了既透明又高容量的"玻璃电池"。

Sample preparation

采用固态反应法制备(1-x)(KNN-KBZN)-xCTT陶瓷（x=0.02-0.08）。将K₂CO₃、Na₂CO₃等原料按化学计量比球磨混合，850°C煅烧3小时后，经冷等静压成型和1150-1200°C烧结获得致密陶瓷。这种"高温烘焙"工艺确保了组分均匀性和微观结构致密化。

Results and discussion

XRD显示所有组分均形成单一钙钛矿相（图1）。当x=0.08时，陶瓷平均晶粒尺寸最小（65.35 nm），这种"纳米晶粒效应"使击穿场强(E_b)提升至290 kV/cm，同时近红外透光率如"清澈的玻璃"达到67%（1800 nm）。充放电测试显示超快响应特性：功率密度(P_D)=23.63 MW/cm³，放电时间(t_0.9)仅1.06 μs。

Conclusions

该工作通过"晶界屏障工程+相结构调控"的协同策略，创造了兼具2.34 J/cm³储能密度和67%透光率的KNN基陶瓷。这种"透明储能陶瓷"为发展环境友好型光电集成器件提供了新范式，就像为未来电子设备打造了会"呼吸"的能源窗口。