中國粉體網(wǎng)訊 脈沖功率技術(shù)可以在極短時間內(nèi)釋放出兆瓦級功率的電能量，在很多特殊領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。作為脈沖功率電源的關(guān)鍵部件，高性能電容器對減小設(shè)備的重量和體積，滿足小型化、高功率化發(fā)展具有重要作用。反鐵電陶瓷具有儲能密度高、放電電流大和放電速度快等優(yōu)點(diǎn)，是新一代高性能脈沖電容器的重要候選材料。深刻理解反鐵電陶瓷的物理本質(zhì)和構(gòu)效關(guān)系對研發(fā)高性能反鐵電陶瓷電容器具有重要意義。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所董顯林研究員、王根水研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊前期在反鐵電陶瓷的組成設(shè)計、性能調(diào)控、工程應(yīng)用等方面已開展了大量富有成效的研究工作。近期，該團(tuán)隊與上海硅酸鹽所許鈁鈁研究員帶領(lǐng)的微結(jié)構(gòu)研究團(tuán)隊緊密合作，綜合利用透射電鏡和電學(xué)表征等手段對傳統(tǒng)(Pb, La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反鐵電陶瓷開展了原子尺度的結(jié)構(gòu)表征和研究，突破了反鐵電陶瓷極化有序的傳統(tǒng)認(rèn)識，并構(gòu)建了反鐵電陶瓷結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律。相關(guān)研究結(jié)果以“Unveiling the Ferrielectric Nature of PbZrO3-based Antiferroelectric Materials”為題發(fā)表在Nature Communications上(DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-17664-w），論文第一作者為上海硅酸鹽所無機(jī)材料分析測試中心傅正錢助理研究員和信息功能材料與器件研究中心陳學(xué)鋒研究員，論文通訊作者為董顯林研究員、王根水研究員和許鈁鈁研究員，上海硅酸鹽所為論文唯一通訊單位。澳大利亞臥龍崗大學(xué)張樹君教授參與了相關(guān)研究工作。
研究發(fā)現(xiàn)，PLZST系列鈣鈦礦型陶瓷均呈現(xiàn)非公度調(diào)制結(jié)構(gòu)，調(diào)制模式分為極化大小和極化角度兩種，它們可以在納米尺度內(nèi)自由地轉(zhuǎn)變與共存。非公度結(jié)構(gòu)主要起源于原子位移的周期性調(diào)制，并形成亞鐵電性質(zhì)的極化有序。這種亞鐵電有序是通過鐵電有序?qū)拥奶囟ńM合而產(chǎn)生，化學(xué)組成的改變可以驅(qū)動鐵電有序?qū)拥膶挾仍?.6nm-1.5nm范圍內(nèi)逐漸過渡，從而調(diào)控非公度結(jié)構(gòu)的調(diào)制周期。鐵電有序?qū)拥膶挾茸兓绊懥俗罱忞娕紭O子的相互作用，使得轉(zhuǎn)折電場、介電常數(shù)、剩余極化等關(guān)鍵電學(xué)性能參數(shù)與調(diào)制周期近似呈現(xiàn)線性關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)為反鐵電材料的理論發(fā)展和性能優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。
以上工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、預(yù)研領(lǐng)域基金、上海無機(jī)材料測試表征技術(shù)平臺等項目的資助。
圖1. PLZST系列陶瓷極化序構(gòu)的原子尺度表征
圖2. PLZST系列陶瓷結(jié)構(gòu)序參量與極化序參量的耦合規(guī)律
圖3. PLZST系列陶瓷的構(gòu)效關(guān)系
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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