【成果簡介】

    6月19日，清華大學(xué)材料學(xué)院李敬鋒教授課題組在Advanced Materials上在線發(fā)表了題為“Lead-Free Antiferroelectric Silver Niobate Tantalate with High Energy Storage Performance”的研究論文，報道了該課題組在鐵電陶瓷儲能材料研究方面取得的重要進展。這項成果不僅發(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機制研究為無鉛反鐵電儲能陶瓷的研發(fā)提供了新思路。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖1 性能結(jié)果表征

    （a）Ag（Nb1-xTax）O3陶瓷的介電擊穿強度和晶粒尺寸。插圖為AgNbO3和Ag（Nb80Ta0.20）O3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)。

    （b）Ag（Nb1-xTax）O3陶瓷的介電擊穿強度的Weibull圖。

    （c）AgNbO3陶瓷的介電常數(shù)的溫度和頻率依賴性。

    （d）由介電常數(shù)確定的Ag（Nb1-xTax）O3的相圖。

    圖2 性能結(jié)果表征

    （a，c）AgNbO3陶瓷在20℃和100℃下的磁滯回線和介電可調(diào)性。

    （b，d）在20℃和100℃下Ag（Nb0.85Ta0.15）O3陶瓷的磁滯回線和介電可調(diào)性。

    【研究內(nèi)容】

    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的電介質(zhì)儲能材料在高能脈沖功率技術(shù)等領(lǐng)域有著幾乎不可替代的應(yīng)用。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研究方面的長期工作，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)Ta摻雜可以調(diào)控AgNbO3的相變，顯著提升介電擊穿強度和反鐵電性，其最大可釋放儲能密度達到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)。

    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，澳大利亞臥龍崗大學(xué)創(chuàng)新材料研究所張樹君教授為共同通訊作者。該工作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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