中國粉體網(wǎng)訊  鈮酸銀（AgNbO₃）陶瓷材料具有類反鐵電的雙電滯回線和高的極化強(qiáng)度（~50 μC cm^-2），從而具有較大儲能密度，在電介質(zhì)儲能等領(lǐng)域展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景，近年來受到越來越多的關(guān)注。然而，AgNbO₃材料自身固有的亞鐵電性以及反鐵電-鐵電相變引起的回滯效應(yīng)導(dǎo)致能量損耗較大，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的儲能密度和儲能效率，成為制約該材料在儲能領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。

近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員董顯林和研究員王根水團(tuán)隊(duì)提出一種提高AgNbO₃反鐵電材料儲能特性的新思路，實(shí)現(xiàn)了儲能密度和儲能效率的同步提升。通過在A位引入高固溶度的La元素，將AgNbO₃材料的M₃-O₁（亞鐵電-順電）相變溫度移向室溫，獲得了同時(shí)具有反鐵電性和線性特征的Ag_0.76La_0.08NbO₃陶瓷材料，其在476 kV cm^-3場強(qiáng)下，儲能密度達(dá)7.01 J cm^-3，儲能效率為77%，綜合儲能性能優(yōu)于一些無鉛儲能陶瓷材料。其物理機(jī)制為較高濃度La組分的引入破壞了反鐵電長程序，從而使一部分微米級反鐵電疇轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米級反鐵電疇。Ag_0.76La_0.08NbO₃陶瓷被證明同時(shí)具有微米級和納米級的反鐵電疇，從而具有相對高的極化強(qiáng)度和相對低的回滯效應(yīng)。此外，Ag_0.76La_0.08NbO₃陶瓷還表現(xiàn)出優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以Giant energy density and high efficiency achieved in silver niobate-based lead-free antiferroelectric ceramic capacitors via domain engineering為題，發(fā)表在Energy Storage Materials，34，417-426（2021）上。

此外，研究人員還利用構(gòu)筑鐵電-反鐵電相界的思路，研發(fā)出一種性能優(yōu)異的新型無鉛熱釋電材料(1-x)AgNbO₃-xLiTaO₃（AN-LT）。通過鐵電相LiTaO₃與AgNbO₃反鐵電材料固溶，在x=0.05組分獲得鐵電-反鐵電相界，相界處的0.95AN-0.05LT陶瓷室溫?zé)後岆娤禂?shù)為3.68×10-8 C cm^-2 K^-1，達(dá)到PZT基熱釋電陶瓷水平。由于其具有相對介電常數(shù)低（252@1 kHz），表現(xiàn)出優(yōu)異的紅外探測優(yōu)值，顯示了其在紅外探測領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果以Novel AgNbO3-based lead-free ceramics featuring excellent pyroelectric properties for infrared detecting and energy-harvesting applications via antiferroelectric/ferroelectric phase-boundary design為題，發(fā)表在Journal of Materials Chemistry C，7（15），4403-4414上。

相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項(xiàng)目的支持。上海硅酸鹽所2016級直博生李松為兩篇論文的第一作者，董顯林和副研究員聶恒昌為論文的通訊作者。

圖1.Ag_0.76La_0.08NbO₃陶瓷的（a）介電溫譜（b）反鐵電性能（c）疇形貌和（d）儲能性能

圖2.(1-x)AgNbO₃-LiTaO₃陶瓷（a）組分-溫度相圖和（b）熱釋電系數(shù)隨溫度變化曲線

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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