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2017年6月19日，清華大學(xué)材料學(xué)院李敬鋒教授課題組在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上在線發(fā)表了題為“高性能鈮鉭酸銀無鉛反鐵電儲能陶瓷”(Lead-Free Antiferroelectric Silver Niobate Tantalate with High Energy Storage Performance) 的研究論文，報道了課題組在鐵電陶瓷儲能材料研究方面取得的重要進(jìn)展。該項成果不僅發(fā)現(xiàn)了一種具有高儲能密度和良好溫度穩(wěn)定性的無鉛反鐵電陶瓷材料，而且其反鐵電性增強(qiáng)機(jī)制的研究為無鉛反鐵電儲能陶瓷材料的研發(fā)提供了新思路。
圖1 Ag(Nb1-xTax)O3陶瓷的電滯回線、可釋放儲能密度和能量效率
儲能材料與器件是近年來功能材料領(lǐng)域的研究熱點，其中具有高儲能密度和高可靠性電介質(zhì)儲能材料在高能脈沖功率技術(shù)等領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用。這方面具有雙電滯回線特征的反鐵電儲能材料一直備受關(guān)注，但過去的研究主要集中在鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)體系。基于在鈮酸鹽基無鉛壓電陶瓷方面的長期工作經(jīng)驗上，李敬鋒教授課題組對鈮酸銀（AgNbO3）的反鐵電性及其儲能特性開展研究，發(fā)現(xiàn)鉭（Ta）摻雜可以調(diào)控AgNbO3的相變，顯著提升介電擊穿強(qiáng)度和反鐵電性，其最大可釋放儲能密度達(dá)到4.2 J/cm3，比純AgNbO3提升了260%，且在20-120℃內(nèi)可釋放儲能密度的變化幅度維持在±5%以內(nèi)。
圖2 Ag(Nb,Ta)O3陶瓷的微觀形貌、介電擊穿強(qiáng)度、介溫譜及相圖
論文第一作者為材料學(xué)院博士后趙磊，通訊作者為清華大學(xué)材料學(xué)院李敬鋒教授，澳大利亞伍倫貢大學(xué)創(chuàng)新材料研究所張樹君教授為共同通訊作者。本項研究得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、973項目和中國博士后基金等項目的支持。
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