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高熵铁电多层陶瓷电容器研究取得进展

阅读： 发布时间：2025-12-08

高性能介质电容器在现代脉冲功率器件中发挥着关键作用。然而，能量存储能力低是脉冲器件小型化与集成化趋势面临的主要障碍，现有基于钙钛矿基材料体系的多层陶瓷电容器，面临材料设计和器件性能提升的瓶颈。
      针对上述问题，科学上海硅酸盐研究所研究团队等，提出了基于四方钨青铜(TTB，通式A12A24C4B10O30WWW.shybdj6.net)结构多位点高熵设计的储能增强策略，实现了四方钨青铜高熵电容器优异的储能性能。原子尺度结构分析表明，A位等摩尔比的多位点高熵设计打破了TTB陶瓷固有的A1/A2位点选择性，且A位的组分无序诱导了TTB结构的NbO6八面体畸变。其中，Nb1原子优先沿极性c轴位移，Nb2原子表现为面内无序。两种Nb位点不同的极化行为，一方面扰动了长程铁电有序，另一方面在局域尺度上，保留了沿极性c轴的强偏心位移。这一的结构特性增强了弛豫特性、降低了滞后效应，并在外加电场下保持较高的极化强度，进而在(Na1/6K1/6Sr1//WWW.shzy4.com6Ag1/6Ba1/6La1/6)6Nb10O30高熵多层电容器中，实现了20.2J.cm-3的高储能密度和93.8%的高储能效率。同时，该多层电容器还表现出优异的疲劳稳定性和温度稳定性。
    该研究提出了设计新一代高熵功能材料的方法——多位点结构调控，拓展了介质电容器的研究范畴。
  近日，相关研究成果发表在《美国化学会志》(、WWW.shsaic.net、Journal of 、WWW.shhzy3.cn/the American、WWW.shyb118.com/ Chemical Society)上。研究工作得到*自然科学基金委员会、科学技术协会、上海市等的支持。
  (a)基于TTB结构的多位点高熵设计，(b-c)TTB高熵陶瓷的介电和储能性能，(d)TTB高熵陶瓷的原子级EDS图
(a-d)TTB高熵陶瓷的结构精修，(e-h)TTB高熵陶瓷的晶格结构畸变
  (a)TTB高熵电容器的形貌和元素分布，(b-f)TTB高熵电容器的储能和放电特性