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Giant Energy Storage Density with Antiferroelectric‐Like Properties in BNT‐Based Ceramics via Phase Structure Engineering

材料科学 反铁电性 电介质 陶瓷 储能 铁电性 能量密度 相(物质) 光电子学 化学工程 复合材料 工程物理 热力学 化学 物理 工程类 功率(物理) 有机化学
作者
Luomeng Tang,Ziyi Yu,Zhongbin Pan,Jinghao Zhao,Zhenqian Fu,Xiqi Chen,Huanhuan Li,Peng Li,Jinjun Liu,Jiwei Zhai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (40) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/smll.202302346
摘要

Driven by the information industry, advanced electronic devices require dielectric materials which combine both excellent energy storage properties and high temperature stability. These requirements hold the most promise for ceramic capacitors. Among these, the modulated Bi0.5 Na0.5 TiO3 (BNT)-based ceramics can demonstrate favorable energy storage properties with antiferroelectric-like properties, simultaneously, attaching superior temperature stability resulted from the high Curie temperature. Inspired by the above properties, a strategy is proposed to modulate antiferroelectric-like properties via introducing Ca0.7 La0.2 TiO3 (CLT) into Bi0.395 Na0.325 Sr0.245 TiO3 (BNST) ((1-x)BNST-xCLT, x = 0.10, 0.15, 0.20, 0.25). Combining both orthorhombic phase and defect dipole designs successfully achieve antiferroelectric-like properties in BNST-CLT ceramics. The results illustrate that 0.8BNST-0.2CLT presents superior recoverable energy storage density ≈8.3 J cm-3 with the ideal η ≈ 80% at 660 kV cm-1 . Structural characterizations demonstrate that there is the intermediate modulated phase with the coexistence of the antiferroelectric and ferroelectric phases. In addition, in situ temperature measurements prove that BNST-CLT ceramics exhibit favorable temperature stability over a wide temperature range. The present work illustrates that BNT-based ceramics with antiferroelectric-like properties can effectively enhance the energy storage performance, which provides novel perspectives for the subsequent development of advanced pulsed capacitors.
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