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上海硅酸盐所在铌酸银基陶瓷材料研究中取得重要进展
发布时间: 2020-12-08 17:56 | 【 【打印】【关闭】

  铌酸银(AgNbO3)陶瓷材料具有类反铁电的双电滞回线和高的极化强度(~50 μC cm-2),从而具有较大的储能密度,在电介质储能等领域展现出较好的应用前景,近年来受到越来越多的关注。然而,AgNbO3材料自身固有的亚铁电性以及反铁电-铁电相变引起的回滞效应导致较大的能量损耗,难以同时实现高的储能密度和储能效率,成为制约该材料在储能领域应用的关键问题。

  最近,金沙9001w最新域名董显林研究员和王根水研究员团队提出一种提高AgNbO3反铁电材料储能特性的新思路,实现了储能密度和储能效率的同步提升。即通过在A位引入高固溶度的La元素,将AgNbO3材料的M3-O1(亚铁电-顺电)相变温度移向室温,获得了同时具有反铁电性和线性特征的Ag0.76La0.08NbO3陶瓷材料,其在476 kV cm-3场强下储能密度高达7.01 J cm-3,储能效率为77%,综合储能性能优于绝大部分无铅储能陶瓷材料。其物理机制为较高浓度La组分的引入破坏了反铁电长程序,从而使一部分微米级反铁电畴转变为纳米级反铁电畴。Ag0.76La0.08NbO3陶瓷被证明同时具有微米级和纳米级的反铁电畴,从而具有相对高的极化强度和相对低的回滞效应。此外,Ag0.76La0.08NbO3陶瓷还表现出优异的频率稳定性和温度稳定性。相关研究成果近期以“Giant energy density and high efficiency achieved in silver niobate-based lead-free antiferroelectric ceramic capacitors via domain engineering”为题发表于能源类期刊Energy Storage Materials34417-4262021)。

  此外,团队还利用构筑铁电-反铁电相界的思路,成功研发出一种性能优异的新型无铅热释电材料(1-x)AgNbO3-xLiTaO3AN-LT)。通过铁电相LiTaO3AgNbO3反铁电材料固溶,在x=0.05组分获得铁电-反铁电相界,相界处的0.95AN-0.05LT陶瓷室温热释电系数为 3.68×10-8 C cm-2 K-1,达到PZT基热释电陶瓷水平。由于其具有相对介电常数低(252@1 kHz),表现出十分优异的红外探测优值,显示了其在红外探测领域较大的应用潜力。相关结果以“Novel AgNbO3-based lead-free ceramics featuring excellent pyroelectric properties for infrared detecting and energy-harvesting applications via antiferroelectric/ferroelectric phase-boundary design”为题发表在 Journal of Materials Chemistry C,7(15), 4403-4414上

  相关研究工作得到国家自然科学基金项目(No.11774366No.51872312),上海市自然科学基金项目(No.18ZR1444900),以及中科院青促会(No.2017296)等项目的资助。两篇文章的第一编辑是上海硅酸盐所2016级直博生李松,通讯编辑为聂恒昌副研究员、董显林研究员。

Ag0.76La0.08NbO3陶瓷的(a)介电温谱b)反铁电性能c畴形貌和(d)储能性能
(1-x)AgNbO3-LiTaO3陶瓷(a)组分-温度相图和(b)热释电系数随温度变化曲线
  相关文章链接:
  1.Energy Storage Materials,34,417-426(2021).https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.09.021.
  2.Journal of Materials Chemistry C,7,6,4403-4414(2019).https://doi.org/10.1039/C9TC01014A.
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