AgNbO3-based antiferroelectric ceramics with superior energy storage performance via Gd/Ta substitution at A/B sites

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作者
Da‐Peng Yang,Mingwei Su,Changlai Yuan,Junlin Wu,Liufang Meng,Jiwen Xu,Wen Lei,Qin Feng,Baohua Zhu,Changrong Zhou,G. Lakshmi Narayana Rao
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:49 (11): 18143-18152 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.02.183
摘要

Dielectric materials have attracted considerable attention owing to their excellent power densities and fast charge/discharge characteristics. AgNbO3, as a typical antiferroelectric (AFE) material, is regarded as a promising dielectric material owing to its large polarization value and environmentally friendly nature. However, the low energy density of this system limits its further application. In this study, the slim P-E loops are implemented by Gd/Ta substitution at A/B sites, which provide a superior energy storage performance with a Wrec of 6.99 J/cm3 under 400 kV/cm. This improvement in energy storage property can be attributed to three factors: firstly, a significant improvement in the AFE stability is obtained by reducing the tolerance factor t and the B-site polarizability; secondly, this strategy leads to a reduction in the grain size of the material, optimizing the breakdown electric field Eb of AN-based ceramics; lastly, A/B-site codoping induces structural distortion of the material, constructs an internal chemical pressure, and suppresses its oxide octahedral tilting. Furthermore, the Gd/Ta co-doped ceramics exhibit an excellent practical charging/discharging efficiency (<10 μs). This work demonstrates that the electrical properties of AN-based ceramics have been optimized by Gd/Ta codoping, making them good candidates for pulsed power systems.
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