我国学者与海外合作者在高性能多层陶瓷电容器领域取得进展

2024-04-26| 查看: 54 |原作者: 丁鑫锐张茜谭业强赖一楠

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^{_{图 BaTiO3基多层陶瓷电容器（A）实物图和横截面的扫描电子显微镜图像；（B-F）储能性能在国家自然科学基金项目（批准号：52388201、52025025、52322212）等资助下，清华大学林元华教授、南策文院士团队与海外科研人员合作在多层陶瓷电容器研究方面取得进展，相关研究成果以“基于多态弛豫相的高熵陶瓷电容器的超高储能（Ultrahigh energy-storage in high-entropy ceramic capacitors with polymorphic relaxor phase）”为题，于2024年4月11日发表在《科学》（Science）上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl2931。高性能多层陶瓷介电电容器是电子器件和电能系统中的关键部件。与电池和电化学电容器相比，介电电容器由于其极高的功率密度（充放电速度快）和长寿命，在高功率脉冲技术中发挥着至关重要的作用。然而，电介质电容器的储能密度/储能效率相对较低，如何开发具有更高储能密度、高效率的电介质电容器是目前需要解决的主要问题，也是当今材料科学研究的前沿和热点。该研究团队与海外合作者提出了多态弛豫相结合高熵策略，通过降低畴翻转势垒，有效地降低滞回损耗，并通过高熵效应的晶格畸变和晶粒细化，有效提升击穿强度。如图所示，本研究提出的BaTiO3基多层陶瓷电容器得益于多态弛豫相和高熵的协同设计，实现了储能性能的综合提升，获得了20.8 J cm-3的超高储能密度和97.5%的超高储能效率。与目前已有多层陶瓷电容器相比，此BaTiO3基多层陶瓷电容器具有制备工艺简单、综合性能优异等优势。进一步研究发现，所提出的多态弛豫相结合高熵策略普遍适用于设计能量存储和其他相关功能的高性能电介质电容器。该工作创新性地提出了多态弛豫相结合高熵的协同策略，突破了传统弛豫铁电体的设计思路，阐明了多态弛豫相和高熵协同增强原理，为高储能介电材料及器件的发展提供理论和实验支撑。}}

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