Excellent Energy-Storage Performance of (0.85 – x)NaNbO3–xNaSbO3–0.15(Na0.5La0.5)TiO3 Antiferroelectric Ceramics through B-Site Sb5+ Driven Phase Transition

材料科学 正交晶系 反铁电性 烧结 磁滞 相变 兴奋剂 凝聚态物理 陶瓷 工程物理 晶体结构 铁电性 电介质 光电子学 结晶学 复合材料 物理 化学
作者
Aiwen Xie,Jun Chen,Jianan Zuo,Juan Liu,Tianyu Li,Xuewen Jiang,Ruzhong Zuo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 22301-22309 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.3c03296
摘要

NaNbO3-based relaxor antiferroelectric (AFE) ceramics are receiving more and more attention for high power pulse applications. A commonly used design strategy is to add complex perovskites with lower tolerance factors. Herein, a new lead-free AFE system of (0.85 - x)NaNbO3-xNaSbO3-0.15(Na0.5La0.5)TiO3 was specially designed considering the substitution of Sb5+ for Nb5+ reduces the polarizability of B-site ions but increases the tolerance factor. The formation of nanodomains with stable AFE orthorhombic R phase symmetry contributes to a slim and double-like polarization-field hysteresis loop, while the increased resistivity and activation energy as a result of sintering aids lead to an enhanced breakdown strength. Therefore, an excellent energy density Wrec ≈ 6.05 J/cm3, a high energy efficiency η ≈ 80.5%, and good charge-discharge performances (power density PD ≈ 155 MW/cm3 and discharging rate t0.9 ≈ 44.6 ns) were achieved in MnO2-doped x = 0.03 ceramics. The experimental results demonstrate that the B-site Sb5+ driven orthorhombic P-R phase transition and increased local structure disorder should provide a new strategy to design high-performance NaNbO3-based relaxor AFE capacitors.
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