Lead-free BaTiO3-based relaxor ferroelectric thin film rendering rapid discharge rate for pulsed power energy application

材料科学 渲染(计算机图形) 薄膜 铁电性 弛豫铁电体 光电子学 脉冲功率 能量(信号处理) 电气工程 电压 计算机科学 电介质 计算机图形学(图像) 纳米技术 工程类 物理 量子力学
作者
Shanmuga Priya Karmegam,P. Murugavel
标识
DOI:10.1063/5.0193955
摘要

Ferroelectric thin film capacitors have large application potential in pulsed-power electronic and electrical systems due to their high-power density and rapid discharge capabilities. Although lead-based dielectrics are promising, the pursuit of eco-friendly, lead-free alternatives is gaining research attention. Here, the Bi and Li co-doped BaTiO3 thin film exhibiting relaxor ferroelectric properties was investigated for its energy storage properties. The fabricated polycrystalline Ba0.85(Bi0.5Li0.5)0.15TiO3 thin film by pulsed laser deposition revealed good breakdown strength (∼4 MV cm−1), a slim ferroelectric loop, and low leakage characteristics suitable for energy storage applications. The film exhibits a significant value of recoverable energy density (∼70 J cm−3) with better frequency and thermal stability. Notably, the better overall performance parameters of the film, including a sizable power density (261 MW cm−3) and a fast discharge rate (150 ns), along with good energy density and breakdown strength, make the material suitable for pulsed-power energy applications.

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