下一代先进高/脉冲功率电容器迫切需要具有优异储能性能的介电材料。(Bi0.5Na0.5)TiO3基材料是一种典型的无铅铁电体,具有高极化强度和优异的组分兼容性的特点,使其成为储能应用的潜在候选者。
研究人员在BNT基铁电体的改性方面取得了有趣的突破,这是一种实现弛豫特性和储能性能等各种性能的有效方法。新方法利用高熵概念创建A位BNT基高熵弛豫铁电体,并在此基础上添加B位无序性,可以进一步改善离子无序性以减少短程有序。
因此,更容易在介电基体中形成孤立且弱耦合的极性纳米团簇。这一特性使其在电场下获得高弛豫特性和延迟饱和极化,有利于良好的储能性能。这代表了现有方法的重要进步。
制造弛豫铁电体(RFE)的传统方法通常依赖于掺杂异质离子来引起局部成分不均匀性和离子无序性,以获得极性纳米区域(PNR)。研究团队负责人罗能能表示:“尽管BNT具有良好的组分相容性,但固溶度有限,吉布斯相律告诉我们很难进一步改善离子无序和弛豫特性。”通过化学掺杂。”
该方法通过构建高熵单相固溶体克服了这一限制。同时,在A位无序的基础上,额外增加一个B位无序,进一步打破了PNR的大小,削弱了PNR之间的耦合。高度断裂和弱耦合的PNR可能会限制它们在高电场下生长成微域,从而导致更细的P-E环和进一步延长的极化饱和度。
这一创新不仅为铁电材料的设计提供了新思路,而且证明基于A位高熵无序的B位修饰策略也是提高储能密度的有效途径。此外,它还可以解释铁电储能陶瓷在电场作用下的磁畴变化过程。
同时,研究团队对他们的工作的应用持乐观态度。他们认为,该方法不需要复杂的制造工艺,可以很容易地以超高效率实现高能量存储密度。
这是介电储能材料领域的重要进展,其潜在应用前景广阔。研究人员的工作凸显了将先进材料与创新设计理念相结合以实现具有深远影响的突破的力量。