基于NaNbO3的MLCCs由于异质短程铁性有序结构而具备更优越的电容储能性能

《Advanced Functional Materials》：Superior Capacitive Energy Storage of NaNbO3-Based MLCCs Enabled by Heterogeneous Short-Range Ferroic Orders

铅酸无铅介电电容器通过NaNbO3-Bi0.5K0.5TiO3-SrZrO3多相掺杂实现高能量密度（19.1 J/cm3）和效率（89.2%），短程铁电有序抑制长程铁电有序，原位压电响应力显微镜证实极化场响应特性优化。

　　

摘要

在用于脉冲功率应用的无铅介电电容器中同时实现高能量密度和高效率仍然具有挑战性。为了解决这个问题，研究人员设计了一种基于NaNbO₃的弛豫铁电（FE）材料，其中加入了铁电活性成分（Bi_0.5K_0.5)TiO₃和非极性材料SrZrO₃，从而得益于异质短程铁电有序结构，实现了卓越的能量存储性能。原子级别的结构表征显示，该材料中存在具有复杂超晶格结构的多晶态极性纳米区域，证实了铁电对称性的局部多样性以及反铁电畸变（AFD）模式的存在。铁电和反铁电畸变的短程有序有效地降低了极化切换势垒，并在高电场下抑制了长程铁电有序的形成，这一点通过原位压电响应力显微镜分析电场诱导的畴演变动态得到了验证。因此，极化滞后现象得到最小化，极化饱和时间也被延长，使得NaNbO₃-(Bi_0.5K_0.5)TiO₃-SrZrO₃多层陶瓷电容器的可恢复能量密度达到了约19.1 J cm^?3，效率达到了约89.2%。这项工作为优化铁电介质中的能量存储提供了一种有前景的材料设计策略。

图形摘要

突破性的无铅NaNbO₃基弛豫材料同时实现了超高的能量密度（19.1 J cm^?3）和效率（89.2%）。通过定制掺杂形成的异质短程铁电有序结构在高电场下抑制了长程铁电有序，从而在环保的多层陶瓷电容器中实现了理想的极化-场响应，从而提升了能量存储性能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。