通过多层涂层技术提升钨青铜基铁电体及MLCC的储能性能

《Nature Communications》：Enhanced energy storage in tungsten bronze-based ferroelectrics and MLCCs via a multi-coating engineering

　　

摘要

高功率脉冲系统需要具有高能量密度和高效能的介质电容器。虽然钙钛矿陶瓷在这一领域占据主导地位，但要同时实现高性能和良好的耐疲劳性仍是一项重大挑战。我们的研究通过将Ba_1-xSr_xTiO₃第二相引入钨青铜型的Ba_1-xSr_xNb_2-yTa_yO₆基体中，再在其表面涂覆SiO?层，以此来解决这一难题。所制备的陶瓷材料具有21.1?J/cm3的能量密度和84.5%的效率。此外，通过结合合理的多层陶瓷电容器设计以及利用厚度效应，该材料的能量密度可提升至23.2?±?1.2?J/cm3，效率则提高到92.8?±?0.4%，这一数值创下了基于钨青铜的陶瓷及电容器的能量密度纪录。双核壳结构以及成分渐变效应能够引发晶格失配，从而增强极化效果和击穿强度。此外，这些制备出的器件在不同的频率、温度以及疲劳循环条件下仍表现出出色的稳定性。