Giant Energy Density via Mechanically Tailored Relaxor Ferroelectric Behavior of PZT Thick Film

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作者
Mahesh Peddigari,Bo Wang,Rui Wang,Woon‐Ha Yoon,Jongmoon Jang,Hyun-Jong Lee,Kyung Song,Geon‐Tae Hwang,Kai Wang,Yuchen Hou,Haribabu Palneedi,Yongke Yan,Han Seung Choi,Jianjun Wang,Aravindkrishna Talluri,Long‐Qing Chen,Shashank Priya,Dae‐Yong Jeong,Jungho Ryu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (45) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/adma.202302554
摘要

Relaxor ferroelectrics (RFEs) are being actively investigated for energy-storage applications due to their large electric-field-induced polarization with slim hysteresis and fast energy charging-discharging capability. Here, a novel nanograin engineering approach based upon high kinetic energy deposition is reported, for mechanically inducing the RFE behavior in a normal ferroelectric Pb(Zr0.52 Ti0.48 )O3 (PZT), which results in simultaneous enhancement in the dielectric breakdown strength (EDBS ) and polarization. Mechanically transformed relaxor thick films with 4 µm thickness exhibit an exceptional EDBS of 540 MV m-1 and reduced hysteresis with large unsaturated polarization (103.6 µC cm-2 ), resulting in a record high energy-storage density of 124.1 J cm-3 and a power density of 64.5 MW cm-3 . This fundamental advancement is correlated with the generalized nanostructure design that comprises nanocrystalline phases embedded within the amorphous matrix. Microstructure-tailored ferroelectric behavior overcomes the limitations imposed by traditional compositional design methods and provides a feasible pathway for realization of high-performance energy-storage materials.
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