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　　來(lái)源：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳

　　近日，得到內(nèi)蒙古自治區(qū)科技創(chuàng)新引導(dǎo)項(xiàng)目(KCBJ2018034)、自治區(qū)自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(2019ZD12)等支持的“通過(guò)多元化增強(qiáng)策略在(Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3反鐵電多層陶瓷電容器中獲得超高能量密度”(Ultra-high energy density induced by diversified enhancement effects in (Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3 antiferroelectric multilayer ceramic capacitors)最新科研成果在《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上發(fā)表。該研究對(duì)介電儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì)具有普遍意義和實(shí)踐價(jià)值。

　　近年來(lái)，隨著電子設(shè)備和電力系統(tǒng)等高新技術(shù)的進(jìn)步，陶瓷電容器得到了飛速發(fā)展。介質(zhì)材料直接決定電容器的性能和成本，也決定著企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力和發(fā)展空間。因此，對(duì)高能量密度、快速?zèng)_放電和低成本儲(chǔ)能介質(zhì)材料的研究意義重大。多層陶瓷電容器(MLCC)由多個(gè)厚度均勻的電介質(zhì)層與內(nèi)部金屬電極平行排列組成，由于其快速的充/放電能力、高功率密度以及卓越的機(jī)械和熱性能，被認(rèn)為是最有前途的電子產(chǎn)品之一。但是，低的能量密度限制了MLCC在實(shí)際中的應(yīng)用。因此，探索高儲(chǔ)能特性的多層陶瓷電容器已成為材料領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)課題。

　　在介電儲(chǔ)能領(lǐng)域，研究較多的介電材料主要有線性材料、鐵電材料、弛豫鐵電材料和反鐵電材料。反鐵電材料由于內(nèi)部偶極子反向平行排列，具有獨(dú)特的相變行為和幾乎為零的剩余極化，使得反鐵電體具有更優(yōu)的能量存儲(chǔ)表現(xiàn)，在介電電容器方面的應(yīng)用具有更大的潛力，更適用于制作脈沖功率系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元器件。鋯酸鉛基反鐵電體作為典型的反鐵電材料，由于其卓越的儲(chǔ)能性能得到了廣泛的研究。依據(jù)儲(chǔ)能原理和反鐵電材料電滯回線特點(diǎn)可知，為得到更高的能量密度，急需解決其相變電場(chǎng)和耐擊穿電場(chǎng)較低等問(wèn)題。

　　科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)離子摻雜和多層構(gòu)造的策略來(lái)調(diào)節(jié)(Pb0.98-xLa0.02Cax)(Zr0.7Sn0.3)0.995O3反鐵電陶瓷材料的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。首先，Ca?﹢離子的摻雜可以細(xì)化晶粒和增強(qiáng)陽(yáng)離子和氧的結(jié)合，從而增強(qiáng)擊穿強(qiáng)度和相轉(zhuǎn)變電場(chǎng)。其次，通過(guò)多層結(jié)構(gòu)減少因電介質(zhì)層厚度引起的缺陷來(lái)進(jìn)一步提高擊穿電場(chǎng)。最終，采用多元化增強(qiáng)策略成功制備出了超高的儲(chǔ)能密度(14.3 J/cm?)，高的儲(chǔ)能效率(86.1%)，高的放電能量密度(10.7 J/cm?)和高功率密度(400 MW/cm?)的鉛基反鐵電多層陶瓷電容器。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)提高反鐵電材料能量密度，這種新穎的策略可以為儲(chǔ)能材料的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。