Tailoring Phase Fraction Induced Saturation Polarization Delay for High-Performance BaTiO3-Based Relaxed Ferroelectric Capacitors

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作者
Xiqi Chen,Zhongbin Pan,Yong Zhang,Huanhuan Li,Jinghao Zhao,Luomeng Tang,Jinjun Liu,Peng Li,Jiwei Zhai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (34): 40735-40743 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.3c07323
摘要

Electrostatic capacitors based on dielectric materials are essential for enabling technological advances, including miniaturization and integration of electronic devices. However, maintaining a high polarization and breakdown field strength simultaneously in electrostatic capacitors remains a major challenge for industrial applications. Herein, a universal approach to delaying saturation polarization in BaTiO3-based ceramic is reported via tailoring phase fraction to improve capacitive performance. The ceramic of 0.85(0.7BaTiO3-0.3Bi0.5Na0.5TiO3)-0.15Bi0.5Li0.5(Ti0.75Ta0.2)O3 delivers an ultrahigh recoverable energy density (Wrec) of 7.16 J cm-3 along with an efficiency (η) of approximately 90% at a breakdown electric field of 700 kV cm-1, outperforming the current BaTiO3-based ceramics and other lead-free ceramics. Meanwhile, the Wrec and η exhibit wide frequency, temperature, and cycling fatigue stability. Additionally, both an extremely fast discharge time of 115 ns and a large power density of 106.16 MW cm-3 are concurrently attained. This work offers a promising pathway for delaying saturation polarization design in order to create scalable high-energy-density ceramics capacitors and highlight the research prospects of pulse power applications.
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