Enhanced energy-storage performance and electrocaloric effect in compositionally graded Pb (1−3x/2) La x Zr 0.85 Ti 0.15 O 3 antiferroelectric thick films

材料科学 反铁电性 电热效应 储能 电容器 极化(电化学) 复合材料 光电子学 电压 铁电性 电气工程 电介质 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Ye Zhao,Xihong Hao,Qi Zhang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:42 (1): 1679-1687 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2015.09.122
摘要

Abstract The compositionally graded multilayer Pb( 1−3 x /2 )La x Zr 0.85 Ti 0.15 O 3 (PLZT) antiferroelectric (AFE) thick films were deposited on LaNiO 3 /Si (100) substrates by using a sol–gel method. The effect of gradient sequence on dielectric properties, energy-storage performance, and electrocaloric effect (ECE) was investigated in detail. It is found that the compositionally graded films exhibited a significant enhancement in dielectric properties, energy-storage performance and ECE, which was, in contrast to the single-composition PLZT film, contributed by the strain and the gradient of polarization near the interfaces between the adjacent layers. A recoverable energy-storage density of 44 J/cm 3 and efficiency of 71% was obtained in the up-graded PLZT AFE thick film at 1950 kV/cm. A giant reversible adiabatic temperature change of ∆ T =28 °C at room temperature at 900 kV/cm was also achieved in the up-graded film. Moreover, all the thick films displayed a small leakage current density below 10 −6  A/cm 2 at room temperature. Thus, the compositionally graded PLZT AFE thick films with a large recoverable energy-storage density and a giant ECE could be a potential candidate for the applications in high energy-storage density capacitors and cooling devices.

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