清华南策文院士团队Science：方寸之地，别有洞天！电畴工程使介电薄膜能量密度再攀新高

2023年11月13日上午10:18 • 顶刊解读

基于介电薄膜的电容器具有超高的功率密度，在电子工业中是重要的储能元器件。但其能量密度较低，阻碍了介电薄膜电容器的大规模应用和电子工业的发展。

近日，清华大学的南策文院士和林元华教授（共同通讯作者）等通过修饰多晶固溶体薄膜中的纳米电畴，实现了超高能量密度的介电薄膜电容器。

在相场模拟的指导下，作者设计并合成了不含铅的BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶体薄膜，在立方相基体中实现了立方相和四方相的共存。

该工作在高的极化强度下将电滞降至最小，其能量密度和能量转化效率分别高达112 J/cm3和80%。

通过电畴工程提高介电材料能量密度的策略有望用于高性能介电材料及其他功能材料。

该工作以“Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design”为标题发表在国际顶刊Science上。

图文导读

图一、三相纳米畴变能量势垒大幅度降低，因而能显著降低迟滞，提高效率

清华南策文院士团队Science：方寸之地，别有洞天！电畴工程使介电薄膜能量密度再攀新高

图二、三相固溶中菱方－四方共存，而且畴尺度降低，极化无序度提高

清华南策文院士团队Science：方寸之地，别有洞天！电畴工程使介电薄膜能量密度再攀新高

图三、介电常数和电滞回线、储能密度

清华南策文院士团队Science：方寸之地，别有洞天！电畴工程使介电薄膜能量密度再攀新高

图四、击穿强度与漏电流

文献信息

Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109）

清华南策文院士​团队Science：方寸之地，别有洞天！电畴工程使介电薄膜能量密度再攀新高