【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】高性能介質(zhì)電容器在現(xiàn)代脈沖功率器件中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，能量存儲(chǔ)能力低是脈沖器件小型化與集成化趨勢(shì)面臨的主要障礙之一，現(xiàn)有基于鈣鈦礦基材料體系的多層陶瓷電容器，面臨材料設(shè)計(jì)和器件性能提升的瓶頸。
 

　　針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究團(tuán)隊(duì)等，提出了基于四方鎢青銅(TTB，通式A12A24C4B10O30)結(jié)構(gòu)多位點(diǎn)高熵設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能增強(qiáng)策略，實(shí)現(xiàn)了四方鎢青銅高熵電容器優(yōu)異的儲(chǔ)能性能。原子尺度結(jié)構(gòu)分析表明，A位等摩爾比的多位點(diǎn)高熵設(shè)計(jì)打破了TTB陶瓷固有的A1/A2位點(diǎn)選擇性，且A位的組分無序誘導(dǎo)了TTB結(jié)構(gòu)的NbO6八面體畸變。其中，Nb1原子優(yōu)先沿極性c軸位移，Nb2原子表現(xiàn)為面內(nèi)無序。兩種Nb位點(diǎn)不同的極化行為，一方面擾動(dòng)了長(zhǎng)程鐵電有序，另一方面在局域尺度上，保留了沿極性c軸的強(qiáng)偏心位移。這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性增強(qiáng)了弛豫特性、降低了滯后效應(yīng)，并在外加電場(chǎng)下保持較高的極化強(qiáng)度，進(jìn)而在(Na1/6K1/6Sr1/6Ag1/6Ba1/6La1/6)6Nb10O30高熵多層電容器中，實(shí)現(xiàn)了20.2J.cm-3的高儲(chǔ)能密度和93.8%的高儲(chǔ)能效率。同時(shí)，該多層電容器還表現(xiàn)出優(yōu)異的疲勞穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。
 

　　該研究提出了設(shè)計(jì)新一代高熵功能材料的獨(dú)特方法——多位點(diǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)控，拓展了介質(zhì)電容器的研究范疇。
 

　　近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、上海市等的支持。
 

　　(a)基于TTB結(jié)構(gòu)的多位點(diǎn)高熵設(shè)計(jì)，(b-c)TTB高熵陶瓷的介電和儲(chǔ)能性能，(d)TTB高熵陶瓷的原子級(jí)EDS圖
 

(a-d)TTB高熵陶瓷的結(jié)構(gòu)精修，(e-h)TTB高熵陶瓷的晶格結(jié)構(gòu)畸變
 

　　(a)TTB高熵電容器的形貌和元素分布，(b-f)TTB高熵電容器的儲(chǔ)能和放電特性