近日，中科院上硅所鐵電陶瓷材料與器件研究團隊分別在Chemical Engineering（化學工程雜志）和Journal of Materials Chemistry C（材料化學雜志）發表關于鈦酸鋇基鐵電陶瓷的研究成果，包括提出一種新的陶瓷設計策略，在不影響儲能效率的前提下實現了儲能密度提高；并且改善和獲得了兼具高儲能密度和儲能效率的無鉛鐵電陶瓷。兩篇文章的第一作者分別是上海硅酸鹽所在讀博士生黃偉和楊帆，通訊作者為陳瑩高級工程師、董顯林研究員、王根水研究員。

鈦酸鋇基鐵電陶瓷具有高功率密度、高耐電強度和充放電速度快等優點，在電力電子和脈沖功率系統中具有重要應用。介質陶瓷的有效介電常數（ΔP/ΔE）和耐電強度（BDS）本征上相互制約，阻礙了高功率脈沖儲能器件向輕量化、小型化的發展。

上硅所研究團隊提出一種新的陶瓷設計策略，以鈦酸鍶鋇（BST）為基，在A位引入Bi³⁺增強極化率，提高有效介電常數；同時采用兩步合成粉體方法，調控離子擴散，構筑“核殼”結構晶粒，有效延長擊穿路徑，陶瓷耐電強度從460 kV/cm提高到550 kV/cm。

同時，通過在B位引入Hf離子取代Ti離子，降低了鐵電陶瓷極性納米微區尺寸、活性、數量和相互偶極作用力，抑制了載流子躍遷，提高了材料的禁帶寬度、電阻率和擊穿強度，改善了BST陶瓷的介電非線性和極化滯后，極化損耗顯著降低，儲能效率和介電性能溫度穩定性大幅提升。

參考來源：中科院上硅所

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