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NEUTRON DIFFUSE SCATTERING IN LEAD-BASED RELAXOR FERROELECTRICS AND ITS RELATIONSHIP TO THE ULTRA-HIGH PIEZOELECTRICITY
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作者 PETER M.GEHRING 《Journal of Advanced Dielectrics》 CAS 2012年第2期85-112,共28页
A brief review is presented that summarizes recent neutron diffuse scattering measurements on single crystal PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_(3)(PMN)and PbZn_(1/3)Nb_(2/3)O_(3)(PZN)doped with PbTiO_(3)(PT).Emphasis is placed on r... A brief review is presented that summarizes recent neutron diffuse scattering measurements on single crystal PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_(3)(PMN)and PbZn_(1/3)Nb_(2/3)O_(3)(PZN)doped with PbTiO_(3)(PT).Emphasis is placed on results that suggest that the short-range,polar correlations observed in these systems are connected to the anomalous relaxor dielectric properties,and in particular to the large values of the piezoelectric coe±cient d33 near the morphotropic phase boundary. 展开更多
关键词 relaxorS PMN PZN diffuse scattering PIEZOELECTRICITY neutron scattering
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0.9BaTiO_(3)-0.1Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_(3)铁电薄膜制备及储能特性
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作者 刘松 张发强 +1 位作者 罗进 刘志甫 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期291-298,共8页
电介质薄膜是通过介质极化方式存储静电能的一种材料,以其高功率密度和高充放电效率,在电子器件领域得到广泛应用。目前,储能密度较低和温度稳定性差仍是电介质储能薄膜的缺陷。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_(2)/Si衬底上制备了0.9... 电介质薄膜是通过介质极化方式存储静电能的一种材料,以其高功率密度和高充放电效率,在电子器件领域得到广泛应用。目前,储能密度较低和温度稳定性差仍是电介质储能薄膜的缺陷。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_(2)/Si衬底上制备了0.9BaTiO_(3)-0.1Bi(Ti_(1/2)Mg_(1/2))O_(3)(0.9BT-0.1BMT)薄膜,通过引入BMT期望获得高储能密度及宽温度稳定性,并研究了退火温度对薄膜的相组成和微观形貌的影响。研究结果表明,退火温度过高会导致薄膜的致密性明显降低并伴随晶粒尺寸增大,750℃是最佳的退火温度。综合性能研究发现,1 kHz下,薄膜的室温介电常数为399,介电损耗为5.8%。薄膜在各测试频率下的介电温度稳定性满足X9R标准,ΔC/C25℃≤±13.9%。通过Currie-Weiss关系计算得到薄膜的弛豫系数(Relaxor value)γ值为≈1.96,说明其具有明显的弛豫特性。储能特性研究显示,薄膜的室温储能密度Wrec达51.9 J/cm^(3),室温~200℃的宽温度范围内,储能密度Wrec>20 J/cm^(3),可释放能量效率η>65%(1600 kV/cm)。在脉冲放电测试中,薄膜的脉冲放电时间τ0.9保持在15μs以内,且具有优异的频率、温度和循环可靠性。本研究所制备的0.9BT-0.1BMT铁电薄膜具有出色的储能特性和宽温度稳定性,具备在高温环境中应用的潜力。 展开更多
关键词 BaTiO_(3) 铁电薄膜 退火温度 能量存储 宽温稳定 弛豫铁电
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K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)掺杂对0.94Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)-0.06BaTiO_(3)陶瓷储能性能的影响
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作者 苗健 邵辉 曹瑞龙 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第5期882-888,共7页
采用传统固相反应法制备了K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(KNN)掺杂的无铅介电储能陶瓷BNT-BT-KNN,其组分配比为0.94Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)-(0.06-x)BaTiO_(3)-xK_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(BNT-BT+xKNN,x=0.00~0.04),并研究了KNN掺杂对BNT-BT基... 采用传统固相反应法制备了K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(KNN)掺杂的无铅介电储能陶瓷BNT-BT-KNN,其组分配比为0.94Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3)-(0.06-x)BaTiO_(3)-xK_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)(BNT-BT+xKNN,x=0.00~0.04),并研究了KNN掺杂对BNT-BT基陶瓷材料晶相、微观结构、介电、铁电性能及储能的影响。结果表明:在1150℃温度下烧成后的陶瓷样品具有纯的钙钛矿结构,且样品的晶粒均匀致密;介电温谱显示,添加KNN后的BNT-BT铁电陶瓷在T_(m)处的介电峰进一步宽化,表现出更好的温度稳定性和弛豫性;同时随着KNN掺杂量的增加,样品的电滞曲线(P-E曲线)逐渐由“宽胖型”向“细长型”转变,样品的剩余极化强度(P_(r))逐渐降低,从而进一步提高了BNT-BT陶瓷的储能性能。在2 kV/mm的场强下,x=0.03时测得样品的储能密度最佳W_(rec)=0.048 J/cm^(3),对应的储能效率η=43%,显示该材料在储能电容器上具有良好的应用潜力。 展开更多
关键词 BNT-BT陶瓷 KNN掺杂 固相反应法 弛豫 铁电性能 介电性能 储能
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Moderate Fields, Maximum Potential: Achieving High Records with Temperature‑Stable Energy Storage in Lead‑Free BNT‑Based Ceramics
4
作者 Wenjing Shi Leiyang Zhang +7 位作者 Ruiyi Jing Yunyao Huang Fukang Chen Vladimir Shur Xiaoyong Wei Gang Liu Hongliang Du Li Jin 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期184-200,共17页
The increasing awareness of environmental concerns has prompted a surge in the exploration of leadfree,high-power ceramic capacitors.Ongoing efforts to develop leadfree dielectric ceramics with exceptional energystora... The increasing awareness of environmental concerns has prompted a surge in the exploration of leadfree,high-power ceramic capacitors.Ongoing efforts to develop leadfree dielectric ceramics with exceptional energystorage performance(ESP)have predominantly relied on multicomponent composite strategies,often accomplished under ultrahigh electric fields.However,this approach poses challenges in insulation and system downsizing due to the necessary working voltage under such conditions.Despite extensive study,bulk ceramics of(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)(BNT),a prominent lead-free dielectric ceramic family,have seldom achieved a recoverable energy-storage(ES)density(Wrec)exceeding 7 J cm^(−3).This study introduces a novel approach to attain ceramic capacitors with high ESP under moderate electric fields by regulating permittivity based on a linear dielectric model,enhancing insulation quality,and engineering domain structures through chemical formula optimization.The incorporation of SrTiO_(3)(ST)into the BNT matrix is revealed to reduce the dielectric constant,while the addition of Bi(Mg_(2/3)Nb_(1/3))O_(3)(BMN)aids in maintaining polarization.Additionally,the study elucidates the methodology to achieve high ESP at moderate electric fields ranging from 300 to 500 kV cm^(−1).In our optimized composition,0.5(Bi_(0.5)Na_(0.4)K_(0.1))TiO_(3)–0.5(2/3ST-1/3BMN)(B-0.5SB)ceramics,we achieved a Wrec of 7.19 J cm^(−3) with an efficiency of 93.8%at 460 kV cm^(−1).Impressively,the B-0.5SB ceramics exhibit remarkable thermal stability between 30 and 140℃ under 365 kV cm^(−1),maintaining a Wrec exceeding 5 J cm^(−3).This study not only establishes the B-0.5SB ceramics as promising candidates for ES materials but also demonstrates the feasibility of optimizing ESP by modifying the dielectric constant under specific electric field conditions.Simultaneously,it provides valuable insights for the future design of ceramic capacitors with high ESP under constraints of limited electric field. 展开更多
关键词 BNT Energy storage LEAD-FREE relaxor ferroelectrics Capacitors
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ZnNb_(2)O_(6)掺杂BNT基无铅弛豫铁电体陶瓷的性能研究
5
作者 肖齐龙 王世宇 +5 位作者 蒋芮 梅雄峰 吴昊 石亚军 孙帅 吴文娟 《人工晶体学报》 北大核心 2024年第1期154-162,共9页
利用传统固相法制备了0.7(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_(3)-0.3(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)-xZnNb_(2)O_(6)(缩写为BNT-SBT-xZN,其中x=0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(摩尔分数))陶瓷,并研究了引入ZnNb2O6对BNT基陶瓷材料的结构和性能的影响规律。结... 利用传统固相法制备了0.7(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_(3)-0.3(Sr_(0.7)Bi_(0.2))TiO_(3)-xZnNb_(2)O_(6)(缩写为BNT-SBT-xZN,其中x=0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(摩尔分数))陶瓷,并研究了引入ZnNb2O6对BNT基陶瓷材料的结构和性能的影响规律。结果表明:少量ZnNb_(2)O_(6)掺杂(x=0.5%时)的BNT-SBT-xZN陶瓷具有纯的钙钛矿结构,且微观结构致密,无第二相,在室温时为典型的弛豫铁电体(弥散指数γ>1.7),极化前后样品的铁电-弛豫转变温度(TR-E)均低于室温,而与三方相R3c和四方相P4bm的纳米极性微区(PNRs)热弛豫有关的介电反常出现在TR-E<100℃;当ZnNb_(2)O_(6)含量增多时,遍历弛豫态逐渐起主导作用,最大极化强度(Pmax)和剩余极化强度(Pr)均出现减小趋势。综合来看,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷具有高的Pmax、低的Pr、大的ΔP,并具备良好的储能特性及频率和温度稳定性,在室温电场强度为110 kV/cm时,Pmax=44.7μC/cm^(2),Pr=12.4μC/cm^(2),ΔP=32.3μC/cm^(2),储能密度W1=1.066 J/cm^(3),储能效率η=48.68%。此外,x=0.5%的BNT-SBT-xZN陶瓷在100 kV/cm的电场强度下充放电性能良好,放电能量密度Wd=0.60 J/cm^(3),最大放电电流Imax=45.33 A,电流密度CD=1443 A/cm^(2),功率密度PD=72.2 MW/cm^(3)。 展开更多
关键词 BNT基陶瓷 弛豫铁电体 ZnNb_(2)O_(6) 介电性能 铁电性能 储能特性
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具有优异储能性能与充放电特性的类线性NaNbO_(3)基无铅弛豫反铁电陶瓷
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作者 石睿健 雷俊伟 +2 位作者 张祎 谢爱文 左如忠 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期423-431,共9页
反铁电材料由于电场诱导的反铁电-铁电相变而在高性能介质储能电容器应用中显示出极大的潜力。然而,场致相变带来大的极化滞后使得反铁电材料难以同时获得高储能密度(Wrec)和高储能效率(η)。本工作通过在0.76NaNbO_(3)-0.24(Bi_(0.5)Na... 反铁电材料由于电场诱导的反铁电-铁电相变而在高性能介质储能电容器应用中显示出极大的潜力。然而,场致相变带来大的极化滞后使得反铁电材料难以同时获得高储能密度(Wrec)和高储能效率(η)。本工作通过在0.76NaNbO_(3)-0.24(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)中引入第三组元Bi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_(3)调控其弛豫特性,改善了NaNbO_(3)基无铅反铁电陶瓷的储能性能。采用传统固相合成法制备了(0.76–x)NaNbO_(3)-0.24(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)-xBi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_(3)无铅弛豫反铁电陶瓷材料,并研究了该材料的相结构、微观形貌以及介电、储能和充放电特性。结果表明,引入Bi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_(3)在不改变基体反铁电正交R相结构的基础上明显增强了陶瓷的介电弛豫特性,显著减小了陶瓷的极化滞后性。特别是在x=0.050组成中实现了具有极低滞后的类线性电滞回线。同时,陶瓷的显微形貌还得到明显改善,介电常数降低,击穿场强显著提高。因此,x=0.050的组成在30 kV/mm的中等电场下同时获得了高的储能密度Wrec=3.5 J/cm^(3)与储能效率η=93%。此外,x=0.050组成还显示出优异的充放电特性,在20 kV/mm下具有高功率密度PD=131(1±1%)MW/cm^(3)、高放电能量密度WD=1.66(1±6%)J/cm^(3)以及快的放电速率t0.9<290 ns。该充放电特性在25~125℃的宽温区内保持良好的稳定性。这些研究结果表明,0.71NaNbO_(3)-0.24(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_(3)-0.050Bi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O_(3)陶瓷是一种非常有应用潜力的高功率储能电容器介质材料。 展开更多
关键词 无铅陶瓷 反铁电 介电弛豫 储能性能 充放电特性
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Interplay between polarization rotation and crack propagation in PMN-PT relaxor single crystals 被引量:2
7
作者 Fei Fang Wenqi Jing Wei Yang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2014年第5期18-23,共6页
Investigations on the interconnection between the polarization rotation and crack propagation are performed for [110J-oriented 74Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- 26PbTiO3 relaxor ferroelectric single crystal under electric loading... Investigations on the interconnection between the polarization rotation and crack propagation are performed for [110J-oriented 74Pb(Mg1/3Nb2/3)O3- 26PbTiO3 relaxor ferroelectric single crystal under electric loadings along [001] direction. The crystal is of predominantly monoclinic MA phase with scatter dis- tributed rhombohedral (R) phase under a moderate poling field of 900 V/mm in [00l] direction. With magnitude of 800 V/ram, a through thickness crack is initi- ated near the electrode by electric cycling. Static electric loadings is then imposed to the single crystal. As the applied static electric field increases, domain switch- ing in the monoclinic MA phase and phase transition from MA to R phase occur near the crack. The results indicate that the crack features a conducting one. Whether domain switching or phase transition occurs depends on the intensity of the electric field component that is perpendicular to the applied electric field. 展开更多
关键词 ferroelectric single crystals relaxor crack propagation phase transition re-laibility
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First-principles study of the relaxor ferroelectricity of Ba(Zr, Ti)O_3
8
作者 杨丽娟 武灵芝 董帅 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第12期559-563,共5页
Ba(Zr, Ti)O3is a lead-free relaxor ferroelectric. Using the first-principles method, the ferroelectric dipole moments for pure BaTiO3 and Ba(Zr, Ti)O3supercells are studied. All possible ion configurations of Ba Z... Ba(Zr, Ti)O3is a lead-free relaxor ferroelectric. Using the first-principles method, the ferroelectric dipole moments for pure BaTiO3 and Ba(Zr, Ti)O3supercells are studied. All possible ion configurations of Ba Zr0.5Ti0.5O3 and Ba Zr0.25Ti0.75O3 are constructed in a 2 × 2 × 2 supercell. For the half-substituted case, divergence of ferroelectric properties is found from these structures, which greatly depends on the arrangements of Ti and Zr ions. Thus our results provide a reasonable explanation to the relaxor behavior of Ba(Zr, Ti)O3. In addition, a model based on the thermal statistics gives the averaged polarization for Ba(Zr, Ti)O3, which depends on the temperature of synthesis. Our result is helpful to understand and tune the relaxor ferroelectricity of lead-free Ba(Zr, Ti)O3. 展开更多
关键词 relaxor FERROELECTRIC Ba(Zr Ti)O3
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Monte Carlo simulation on dielectric relaxation and dipole cluster state in relaxor ferroelectrics
9
作者 朱琛 刘俊明 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第9期16-24,共9页
The Ginzburg-Landau theory on ferroelectrics with random field induced by dipole defects is studied by using Monte Carlo simulation, in order to investigate the dipole configuration and the dielectric relaxation of re... The Ginzburg-Landau theory on ferroelectrics with random field induced by dipole defects is studied by using Monte Carlo simulation, in order to investigate the dipole configuration and the dielectric relaxation of relaxor ferro-electrics. With the increase of random field, the dipole configuration evolves from the long-range ferroelectric order into the coexistence of short-range dipole-clusters and less polarized matrix. The dipole-cluster phase above the transition temperature and superparaelectric fluctuations far below this temperature are identified for the relaxor ferroelectrics. We investigate the frequency dispersion and the time-domain spectrum of the dielectric relaxation, demonstrating the Vogel-Fulcher relationship and the multi-peaked time-domain distribution of the dielectric relaxation. 展开更多
关键词 relaxor ferroelectrics domain structure relaxation spectrum Ginzburg-Landau theory
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NUMERICAL ANALYSIS OF DIELECTRIC RESPONSE IN RELAXOR FERROELECTRICS
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作者 H.Q. Fan and L. T. Zhang State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2000年第2期757-763,共7页
The dielectric response of complex perovskite relaxor ferrolectrics Pb(Mg1/3Nb2/3) O3 with respect to temperature and frequency was carefully measured. Using a normalized method of the 'universal' many-body t... The dielectric response of complex perovskite relaxor ferrolectrics Pb(Mg1/3Nb2/3) O3 with respect to temperature and frequency was carefully measured. Using a normalized method of the 'universal' many-body theory, the relaxation process was analyzed around the temperature of dielectric absorption maximum. There is no structural phase transition near this temperature and the behavior is closely like that of a polar dipole medium. The functional relationship about frequency and temperature of dielectric pormittivity maximum was also fitted to discuss the dynamic behavior of polar microregion. It is confirmed that a new power exponential Arrhenius relation is better to characterize the relaxation behavior than the Vogel-Fulcher and Debye relations. Based on the polarization theory of polar dipoles, we analyzed the relaxation mechanism of ferroelectric microdomains of relaxor ferroelectrics, and get an ideal distribution function of relaxation time. Consequently, a simulated dielectric response dependence on temperature and frequencies can be expressed, which is well coincided with experiment results. 展开更多
关键词 relaxor ferroelectrics dielectric response 'universal' many-body theory ferroelectric microdomain
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PMN-PT单晶与Ag电极共烧界面结构及扩散行为研究
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作者 郑彧 童亚琦 +3 位作者 李辉 张微 张璇 王震 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第12期2167-2173,共7页
采用丝网印刷工艺在PMN-PT弛豫铁电单晶晶片表面涂覆了中温及高温两种银浆,通过快速烧结工艺分别在650和850℃条件下制备了银电极。采用扫描电子显微镜观察银电极表面及金属-晶体界面的微观结构,采用能谱分析了界面的元素分布情况。银... 采用丝网印刷工艺在PMN-PT弛豫铁电单晶晶片表面涂覆了中温及高温两种银浆,通过快速烧结工艺分别在650和850℃条件下制备了银电极。采用扫描电子显微镜观察银电极表面及金属-晶体界面的微观结构,采用能谱分析了界面的元素分布情况。银电极厚度为几十微米,呈多孔结构,与晶体结合良好。经过烧结后,晶体中的Pb、Nb、Ti等原子向银电极发生了迁移,而高温银浆烧结后在界面形成几微米厚的过渡层,晶体中原子向电极中的迁移大幅度减少。不同晶向的PMN-PT晶片在高温下向银电极扩散过程中具有很强的晶面效应,[110]方向晶体中Pb、Nb、Ti原子向电极中的扩散程度小于[100]方向晶体。 展开更多
关键词 PMN-PT 弛豫铁电单晶 Ag电极 金属-晶体界面 原子扩散
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Gd、Ti共掺杂铁酸铋陶瓷中尺寸效应对电学性能的影响
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作者 薛飞 田娅晖 +3 位作者 郭芳芳 邱岚 汪炜军 刘美莲 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2023年第11期1308-1314,1319,共8页
分别采用传统固相法和放电等离子烧结法制备了Bi_(0.8)Gd_(0.2)Fe_(0.95)Ti_(0.05)O_(3)(BGFT)陶瓷,对其结构、微观形貌、介电性能、弛豫特性、阻抗谱及储能性能进行了深入分析。结果表明:采用放电等离子烧结制备出了BGFT纳米陶瓷,平均... 分别采用传统固相法和放电等离子烧结法制备了Bi_(0.8)Gd_(0.2)Fe_(0.95)Ti_(0.05)O_(3)(BGFT)陶瓷,对其结构、微观形貌、介电性能、弛豫特性、阻抗谱及储能性能进行了深入分析。结果表明:采用放电等离子烧结制备出了BGFT纳米陶瓷,平均晶粒尺寸约为120 nm;传统工艺制备出了粗晶BGFT陶瓷,平均晶粒尺寸约为2μm。相比粗晶BGFT陶瓷,BGFT纳米陶瓷呈现明显的弛豫特性,具有更高的相对介电常数(约282)和更低的介电损耗(0.018)。阻抗谱拟合结果显示,粗晶BGFT陶瓷和BGFT纳米陶瓷的主导缺陷均为氧空位。由于晶粒尺寸的降低,BGFT纳米陶瓷在晶界处出现弛豫铁电相,储能特性显著提升(储能密度为105 mJ/cm3,储能效率为80.2%),并且具有很高的温度稳定性。 展开更多
关键词 Bi_(0.8)Gd_(0.2)Fe_(0.95)Ti_(0.05)O_(3) 尺寸效应 正交相 弛豫铁电体 储能
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Tm^(3+)对AgNbO_(3)反铁电陶瓷微结构和储能性能的影响 被引量:2
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作者 周创 蔡苇 +3 位作者 陈大凯 杨蕊如 章恒 陈刚 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期30-35,共6页
AgNbO_(3)无铅反铁电材料作为一种极具潜力的电介质储能材料,近年来受到了广泛的关注。然而,储能密度和储能效率较低,限制了它的应用。本工作研究了Tm^(3+)对AgNbO_(3)陶瓷的微结构、介电性、铁电性和储能性能的影响。结果表明,Tm^(3+)... AgNbO_(3)无铅反铁电材料作为一种极具潜力的电介质储能材料,近年来受到了广泛的关注。然而,储能密度和储能效率较低,限制了它的应用。本工作研究了Tm^(3+)对AgNbO_(3)陶瓷的微结构、介电性、铁电性和储能性能的影响。结果表明,Tm^(3+)取代AgNbO_(3)陶瓷A位的Ag^(+),具有明显的细化晶粒的作用,增强了反铁电相的稳定性,使其储能性能显著提升。反铁电相稳定性的增强是由于Tm^(3+)的引入降低了结构的容差因子和产生了Ag空位,破坏了阳离子位移和氧八面体倾斜等长程相互作用的结果。AgNbO_(3)-0.1%(原子分数)Tm_(2)O_(3)陶瓷在200 kV/cm下表现出优异的储能性能(可回收储能密度为3.32 J/cm^(3),储能效率为62.5%),在高功率脉冲电子器件中具有潜在的应用前景。 展开更多
关键词 AgNbO_(3) 反铁电 储能性能 弛豫行为
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稀土离子掺杂0.6BaTiO_(3)-0.4Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_(3)陶瓷的储能性能研究 被引量:1
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作者 常劭祎 毛海军 +4 位作者 汪丰麟 陈兴宇 刘卓峰 李巍 张为军 《广州化工》 CAS 2023年第4期75-77,共3页
弛豫铁电陶瓷由于优异的介电和储能性能,在陶瓷储能电容器中具有较大的应用潜力。本文采用固相烧结法制备了0.05 mol Nd^(3+)、Sm^(3+)和Gd^(3+)稀土离子掺杂的0.6BaTiO_(3)-0.4Bi(Mg1/2Ti1/2)O3陶瓷。结果表明,所有陶瓷均表现为典型的... 弛豫铁电陶瓷由于优异的介电和储能性能,在陶瓷储能电容器中具有较大的应用潜力。本文采用固相烧结法制备了0.05 mol Nd^(3+)、Sm^(3+)和Gd^(3+)稀土离子掺杂的0.6BaTiO_(3)-0.4Bi(Mg1/2Ti1/2)O3陶瓷。结果表明,所有陶瓷均表现为典型的弛豫铁电体,其中Nd^(3+)掺杂的陶瓷样品具有最小的介电损耗,获得了最大的击穿场强(350 kV/cm)和储能效率(94.38%);Gd^(3+)掺杂的陶瓷样品具有最大的介电常数,获得了最高的可恢复储能密度(4.33 J/cm^(3))。 展开更多
关键词 弛豫铁电体 稀土离子 击穿场强 储能性能
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Large Energy Capacitive High-Entropy Lead-Free Ferroelectrics 被引量:3
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作者 Liang Chen Huifen Yu +5 位作者 Jie Wu Shiqing Deng Hui Liu Lifeng Zhu He Qi Jun Chen 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期69-82,共14页
Advanced lead-free energy storage ceramics play an indispensable role in next-generation pulse power capacitors market.Here,an ultrahigh energy storage density of~13.8 J cm^(-3)and a large efficiency of~82.4%are achie... Advanced lead-free energy storage ceramics play an indispensable role in next-generation pulse power capacitors market.Here,an ultrahigh energy storage density of~13.8 J cm^(-3)and a large efficiency of~82.4%are achieved in high-entropy lead-free relaxor ferroelectrics by increasing configuration entropy,named high-entropy strategy,realizing nearly ten times growth of energy storage density compared with low-entropy material.Evolution of energy storage performance and domain structure with increasing configuration entropy is systematically revealed for the first time.The achievement of excellent energy storage properties should be attributed to the enhanced random field,decreased nanodomain size,strong multiple local distortions,and improved breakdown field.Furthermore,the excellent frequency and fatigue stability as well as charge/discharge properties with superior thermal stability are also realized.The significantly enhanced comprehensive energy storage performance by increasing configuration entropy demonstrates that high entropy is an effective but convenient strategy to design new high-performance dielectrics,promoting the development of advanced capacitors. 展开更多
关键词 High-entropy Energy storage LEAD-FREE relaxor ferroelectrics Capacitors
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高储能密度铁酸铋基无铅铁电陶瓷研究进展
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作者 郭慧涛 范桂芬 +2 位作者 曾芳芳 陈宇鑫 吕文中 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2023年第1期1-12,共12页
电介质电容器因其充放电快、功率密度高的独特优势而在脉冲电源系统和各类电子设备中得到了广泛应用。目前商用高功率固态电容器主要使用陶瓷介质作为储能材料,其中铁电陶瓷因其高储能密度而在近年来受到了学者的关注。然而普通铁电体... 电介质电容器因其充放电快、功率密度高的独特优势而在脉冲电源系统和各类电子设备中得到了广泛应用。目前商用高功率固态电容器主要使用陶瓷介质作为储能材料,其中铁电陶瓷因其高储能密度而在近年来受到了学者的关注。然而普通铁电体高的剩余极化强度阻碍了其储能密度的提升。铁酸铋基铁电体拥有高自发极化强度和高剩余极化强度,通过诱导弛豫态可有效降低其剩余极化强度而保持较大的自发极化强度,并解决击穿场强与极化强度之间的制约关系,从而实现优异的储能性能。首先概述了介质储能材料的主要性能参数以及铁酸铋无铅铁电陶瓷作为铁电储能材料的特性与优势,其次对不同形态的铁酸铋基铁电材料储能性能的调控思路及研究进展进行了综述,最后总结了该体系提升储能性能的方法和未来的发展趋势。 展开更多
关键词 电介质 铁酸铋 综述 诱导弛豫态 畴工程
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B位稀土Y^(3+)掺杂增强BNBST弛豫铁电陶瓷的介温稳定性与储能特性研究 被引量:1
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作者 朱文 孟月 +2 位作者 宋福生 李志鹏 沈宗洋 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2023年第3期525-533,共9页
采用固相法制备了(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.65)(Ba_(0.3)Sr_(0.7))_(0.35)Ti_(1-x)Y_(x)O_(3)(缩写为BNBSTY_(100x),x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10)陶瓷,系统研究了B位稀土Y3+掺杂对BNBST陶瓷的相结构、微观结构、介电性能及储能特... 采用固相法制备了(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.65)(Ba_(0.3)Sr_(0.7))_(0.35)Ti_(1-x)Y_(x)O_(3)(缩写为BNBSTY_(100x),x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10)陶瓷,系统研究了B位稀土Y3+掺杂对BNBST陶瓷的相结构、微观结构、介电性能及储能特性的影响。结果表明:当Y^(3+)掺杂量较少时(x≤0.04),陶瓷呈现单一的赝立方钙钛矿结构;当Y^(3+)掺杂量较大时(x≥0.06),出现了第二相Y_(2)Ti_(2)O_(7)。Y^(3+)掺杂后,陶瓷晶粒逐渐细化且致密度及均匀性良好,陶瓷的介电峰逐渐被抑制并拓宽展平,介温稳定性获得改善,提高了高温条件下的阻抗值。同时,陶瓷的P-E电滞回线显著变细,所制备的BNBSTY_(6)陶瓷在100 kV·cm^(-1)的低电场下实现了高的有效储能密度(Wrec=1.27 J·cm^(-3))和储能效率(η=89%),并具备良好的温度、频率稳定性和抗疲劳循环特性,可作为陶瓷电容器候选材料在较宽温度范围内使用。 展开更多
关键词 储能陶瓷 弛豫铁电 稀土离子掺杂 BNT BST
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A位稀土离子La^(3+)掺杂BNBST弛豫铁电陶瓷的储能特性增强研究 被引量:1
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作者 邓伟 李昊 +3 位作者 李志鹏 沈宗洋 骆雯琴 宋福生 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期20-27,共8页
在A位稀土离子La^(3+)掺杂BNBST中设计Sr^(2+)空位进行电荷补偿,采用传统固相法制备了Bi_(0.3)Na_(0.3)Ba_(0.12)Sr_(0.28-1.5x)□_(0.5x)La_(x)TiO_(3)陶瓷(缩写为BNBSLxT,x=0、0.01、0.03、0.05、0.07),研究了不同La^(3+)离子掺杂量... 在A位稀土离子La^(3+)掺杂BNBST中设计Sr^(2+)空位进行电荷补偿,采用传统固相法制备了Bi_(0.3)Na_(0.3)Ba_(0.12)Sr_(0.28-1.5x)□_(0.5x)La_(x)TiO_(3)陶瓷(缩写为BNBSLxT,x=0、0.01、0.03、0.05、0.07),研究了不同La^(3+)离子掺杂量对陶瓷相结构、微观结构、介电性能及储能特性的影响。结果表明:所有陶瓷均为单一钙钛矿结构,La^(3+)掺杂可细化晶粒。随着La^(3+)掺杂量增加,陶瓷的剩余极化值大幅度降低,电滞回线从“宽胖型”转变为“细长型”,显著增强了储能特性。BNBSL0.05T陶瓷具有高介电常数ε_(r)(>2000@1 kHz)和低介电损耗tanδ(<10^(-2)@1kHz),在95 kV/cm电场下的储能密度和效率分别为W_(rec)=1.56 J/cm^(3)和η=85.88%,同时具有良好的温度、频率和循环稳定性,可作为低电场下高储能密度脉冲功率陶瓷电容器的候选材料。 展开更多
关键词 储能陶瓷 钛酸铋钠 钛酸锶钡 弛豫铁电 稀土掺杂
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Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3)改性钛酸铋钠基无铅储能陶瓷的性能研究
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作者 王通 刘家翔 +2 位作者 张乐彦 张傲宇 杨海波 《陕西科技大学学报》 北大核心 2023年第6期96-102,110,共8页
采用固相法制备(1-x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)(Ti_(0.96)Zr_(0.04))O_(3)-x Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)(简称(1-x)NBBTZ-x BNS)陶瓷.研究了(1-x)NBBTZ-x BNS陶瓷的结构,表面形貌,介电性能,储... 采用固相法制备(1-x)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)(Ti_(0.96)Zr_(0.04))O_(3)-x Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)(简称(1-x)NBBTZ-x BNS)陶瓷.研究了(1-x)NBBTZ-x BNS陶瓷的结构,表面形貌,介电性能,储能性能.XRD表明适量BNS可以与NBBTZ陶瓷的晶体结构完美互溶,但过量会产生第二相焦绿石相Bi_(2)Ti_(2)O_(7).介电温谱结果表明(1-x)NBBTZ-x BNS陶瓷表现出弛豫铁电陶瓷的特征,最大介电常数(εm)随BNS含量增加逐渐减小,而εm对应的温度Tm随着BNS含量的增加逐渐增加.当x=0.15时,NBBTZ-BNS陶瓷获得290 kV/cm的击穿电场和4.0 J/cm^(3)的可释放能量密度. 展开更多
关键词 (Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_(3) 弛豫铁电陶瓷 Bi(Ni_(0.5)Sn_(0.5))O_(3) 能量存储
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基于弛豫行为的无铅反铁电陶瓷储能性能优化研究进展
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作者 杨蕊如 蔡苇 +2 位作者 周创 陈思敏 杜明超 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2023年第4期379-386,共8页
电介质具有极快的充放电速度和超高的功率密度等优点,在新能源汽车、脉冲功率器件等领域有着广阔的应用前景。无铅反铁电陶瓷因具有独特的双电滞回线而表现出较高的储能密度,是重要的电介质储能材料。在无铅反铁电陶瓷中引入弛豫行为,... 电介质具有极快的充放电速度和超高的功率密度等优点,在新能源汽车、脉冲功率器件等领域有着广阔的应用前景。无铅反铁电陶瓷因具有独特的双电滞回线而表现出较高的储能密度,是重要的电介质储能材料。在无铅反铁电陶瓷中引入弛豫行为,构建形成弛豫型反铁电体是进一步提升其储能密度和储能效率的有效途径。综述了近年基于弛豫行为优化无铅反铁电陶瓷储能性能的研究进展,重点阐述了弛豫行为对钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3))、铌酸银(AgNbO_(3))及铌酸钠(NaNbO_(3))基陶瓷储能性能的影响规律和内在机制,并提出了未来研究中亟待解决的问题。 展开更多
关键词 无铅 反铁电陶瓷 综述 弛豫行为 储能
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