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中科院上硅所钛酸钡基(无铅)铁电陶瓷最新研究成果
2022年06月09日 发布 分类:技术前沿 点击量:82
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近日,中科院上硅所铁电陶瓷材料与器件研究团队分别在Chemical Engineering(化学工程杂志)和Journal of Materials Chemistry C(材料化学杂志)发表关于钛酸钡基铁电陶瓷的研究成果,包括提出一种新的陶瓷设计策略,在不影响储能效率的前提下实现了储能密度提高;并且改善和获得了兼具高储能密度和储能效率的无铅铁电陶瓷。两篇文章的第一作者分别是上海硅酸盐所在读博士生黄伟和杨帆,通讯作者为陈莹高级工程师、董显林研究员、王根水研究员。

钛酸钡基铁电陶瓷具有高功率密度、高耐电强度和充放电速度快等优点,在电力电子和脉冲功率系统中具有重要应用。介质陶瓷的有效介电常数(ΔP/ΔE)和耐电强度(BDS)本征上相互制约,阻碍了高功率脉冲储能器件向轻量化、小型化的发展。


上硅所研究团队提出一种新的陶瓷设计策略,以钛酸锶钡(BST)为基,在A位引入Bi3+增强极化率,提高有效介电常数;同时采用两步合成粉体方法,调控离子扩散,构筑“核壳”结构晶粒,有效延长击穿路径,陶瓷耐电强度从460 kV/cm提高到550 kV/cm。


同时,通过在B位引入Hf离子取代Ti离子,降低了铁电陶瓷极性纳米微区尺寸、活性、数量和相互偶极作用力,抑制了载流子跃迁,提高了材料的禁带宽度、电阻率和击穿强度,改善了BST陶瓷的介电非线性和极化滞后,极化损耗显著降低,储能效率和介电性能温度稳定性大幅提升。


参考来源:中科院上硅所

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