综述：高定向热解石墨基底上BaZrxTi1-xO3薄膜的储能特性与铁电性能

这篇综述系统研究了Zr掺杂BaTiO3（BTO）薄膜在高定向热解石墨（HOPG）基底上的结构-性能关系。通过脉冲激光沉积（PLD）技术制备的BaZrxTi1-xO3（BZO）薄膜在20% Zr掺杂时获得最优性能：面外晶格常数增大增强极化，漏电流特性改善使储能密度达120.1 J/cm3，效率73.5%。研究揭示了晶格拉伸、应变调控与晶粒尺寸对铁电（ferroelectric）和弛豫铁电（relaxor）行为的协同影响。

　　

ABSTRACT
锆掺杂钛酸钡（BZO）薄膜在高定向热解石墨（HOPG）基底上展现出独特的铁电与储能特性。随着Zr含量增加，面外晶格常数持续增大，而晶粒尺寸在10% Zr时达到峰值后下降。这种结构演变显著影响材料的极化行为：增强的四方度（tetragonality）促进Ti⁴⁺离子位移，但过量的Zr引入弛豫铁电特性（relaxor behavior）。最优性能出现在20% Zr掺杂时，此时薄膜兼具高极化强度与低漏电流，实现120.1 J/cm³的可恢复储能密度。

Introduction
无铅钙钛矿材料BaTiO₃（BTO）因其居里温度（Curie temperature）下的自发极化特性，在非易失性存储和能量存储领域备受关注。研究证实，四方相（tetragonal phase）中B位Ti⁴⁺离子的偏心位移是极化的根源，而立方相（cubic phase）会丧失铁电性。类比Ba_xSr_1-xTiO₃（BSTO）中Sr掺杂效应，Zr的引入同样会调控BTO的晶格畸变——Zr⁴⁺离子半径大于Ti⁴⁺，导致晶格膨胀但降低四方度。HOPG基底的特殊性在于其类石墨烯的六方碳原子排列，兼具导电性与晶格匹配优势。

Synthesized Zr-doped BaTiO₃ ceramic targets
采用固相反应法制备Zr含量10%-40%的BZO陶瓷靶材，使用5N级TiO₂和4N级ZrO₂/BaCO₃原料。通过3小时球磨实现组分均匀化，最终烧结成BaZr_xTi_1-xO₃（x=0-0.4）系列靶材。

Results and discussion
XRD分析显示所有薄膜均呈现（111）择优取向。面外晶格常数从0.403 nm（纯BTO）线性增至0.412 nm（40% Zr），而晶粒尺寸在10% Zr时达152 nm后骤降至89 nm（40% Zr）。电学测试表明：20% Zr样品具有最低漏电流（10^-7 A/cm²），其剩余极化（P_r）比纯BTO提高18%，但更高Zr含量会引发弛豫特性导致极化分散。

Conclusion
该研究证实HOPG基底上生长的BZO薄膜存在性能优化窗口：适度的Zr掺杂（20%）通过平衡晶格应变与晶界效应，同时改善极化强度和击穿场强。这一发现为设计新型无铅储能材料提供了明确的结构调控策略。